鉴别醛酮类化合物的双级催化发光便携式传感器的制作方法

本实用新型涉及检测装置领域，具体涉及一种鉴别醛酮类化合物的双级催化发光便携式传感器。

背景技术：

随着排放法规日趋严格，汽车尾气中非常规排放物引起了足够重视，如醛酮和芳香烃等。汽车尾气中醛酮化合物主要有:甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮、丙醛、丁烯醛、2-丁酮、甲基丙烯醛、丁醛、苯甲醛、戊醛、甲基苯甲醛、环己酮和己醛等共14种，其分子量位于甲醛和己醛之间的低沸点醛酮类物质。醛酮类物质因具有不稳定的C=O成为催化发光反应的中间体，其本身及衍生物具有刺激性、毒害性、致癌性和诱变性，对人体呼吸系统、神经系统和免疫系统等有一定毒害，严重影响人类健康和生态环境。醛酮污染物传统检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法、气相色谱-质谱联用技术和傅里叶变换红外光谱法等。这些检测方法虽然准确度高，精密度好，但吸收富集环节较为繁杂，期间萃取、稀释定量环节多，化学品消耗量大，测试设备多，调试与标定繁琐，不适合在线实时鉴别痕量醛酮。另外汽车尾气温度为300-800℃，相对湿度为30-80%，因此，具有耐高温、高湿和气敏性好的醛酮传感器是当前车用醛酮测定仪的研发热点。目前，用于检测醛酮类化合物传感器主要有电化学、半导体、催化燃烧、催化发光和红外线等。红外线传感器具有结构复杂和功耗大等缺陷，限制了推广应用。电化学、半导体和催化燃烧传感器具有结构简单和操作方便等优势，但其灵敏性易受温度和湿度等外界因素影响，只能对单个气体进行准确检测，对混合气体互扰识别能力较差。不能用于汽车尾气中醛酮类化合物种类和浓度在线鉴别。

纳米材料表面催化发光传感器可用于定量评价纳米材料催化活性、气样和液样的定量检测等。目前常用的纳米催化发光传感器结构是将涂有某种纳米材料电热陶瓷棒置于石英管内，气态分析物被载入反应室，在催化材料表面被催化氧化产生发光信号，反应后的剩余物直接排放到空气中，利用石英管外与纳米材料对应设置的光电信号转换装置转变成电流（电压）信号。目前催化发光传感器结构存在的不足有：（1）由于催化剂单一，催化反应可能不彻底，造成检测到浓度值精度不够。（2）催化剂比较单一，只产生单峰响应图谱，不能用于鉴别汽车尾气中14种醛酮类排放物的种类。（3）将电阻丝置于石英管内（或者表面），石英管自身要吸收一定热量，造成传感传感器热效率比较低，浪费能源。（4）测试系统零部件备多，且只能适用于实验室（或离线方式）测量，完全不能用于在线实时鉴别汽车尾气中醛酮化合物种类与浓度。

技术实现要素：

本实用新型为解决上述问题，提出了一种鉴别醛酮类化合物的双级催化发光便携式传感器，其作用是对汽车尾气中醛酮浓度快速定量检测、同系物和同分异构体种类进行准确鉴别，为燃料喷射量和喷射时间精密控制提供准确信息，最终实现降低汽车排放。

实现本实用新型的技术方案是：一种鉴别醛酮类化合物的双级催化发光便携式传感器，包括石英管、石英管上设置的进气口和排气口，所述石英管外设有套筒，石英管内设有两个涂覆有纳米催化层的钨丝环Ⅰ和钨丝环Ⅱ，所述石英管外表面还设有片状光电倍增管，片状光电倍增管的位置与钨丝环Ⅰ和钨丝环Ⅱ的位置相对应，钨丝环Ⅰ、钨丝环Ⅱ和光电倍增管的电极引线由电缆线引出，电缆线置于导线管内，导线管置于石英管和套筒之间；所述套筒上设有卡环。

所述石英管长为10-12厘米、内径为2-3厘米；所述钨丝环Ⅰ和钨丝环Ⅱ的直径为1.8-2.0厘米、匝数为10-14匝，钨丝的直径为2-2.5毫米。

所述钨丝环Ⅰ外表面涂覆有CeO₂-Co₃O₄材料制成的纳米催化层Ⅰ，钨丝环Ⅱ外表面涂覆有ZnO-SnO₂材料制成的纳米催化层Ⅱ，所述纳米催化层Ⅰ和纳米催化层Ⅱ的表面涂覆厚度为8-10毫米、长度均为3.5厘米。

所述石英管内设有消声装置和过滤装置。

所述消声装置为交错设置在石英管内壁上的消声板，消声板置于钨丝环Ⅰ和钨丝环Ⅱ之间，所述消声板上设有消声孔，消声板中空设置，消声板内置耐高温消音棉。

所述过滤装置设置在钨丝环Ⅱ与排气口间的石英管内壁上，过滤装置为耐高温过滤网，耐高温过滤网上设有弧形插板，所述弧形插板置于套筒与石英管之间的空隙内。

所述卡环上设有两个螺纹孔，螺纹孔内设有两个平头螺钉。

本实用新型所述的一级催化剂和二级催化剂由纳米敏感薄膜纳米材料CeO₂-Co₃O₄和ZnO-SnO₂与a-萜品醇分别按质量比1：1混合制备形成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用两种催化发光材料，使醛酮类化合物催化发光反应非常彻底，大幅提高了该传感器检测到醛酮组分浓度精度。石英管内嵌的两个光电倍增管，可直接检测一级和二级催化发光强度光谱，大幅提高了该传感器动态响应，稳定重现性好。传感器制作工艺简单，适于批量生产，传感器安装与拆卸方便，适用于汽车在线实时检测使用。在传感器内部设置消声装置和过滤装置，能够有效减弱汽车尾声，且能够过滤尾气中的颗粒物，防止排入空气造成空气污染。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例2的结构示意图；

图4是纳米催化层Ⅰ催化的反应机理图；

图5是纳米催化层Ⅱ催化的反应机理图。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，一种鉴别醛酮类化合物的双级催化发光便携式传感器，包括石英管1、石英管1上设置的进气口2和排气口3，所述石英管1外设有套筒12，石英管1内设有两个涂覆有纳米催化层的钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5，所述石英管外表面还设有片状光电倍增管8，片状光电倍增管8的位置与钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5的位置相对应，钨丝环Ⅰ4、钨丝环Ⅱ5和光电倍增管8的电极引线由电缆线10引出，电缆线10置于导线管11内，导线管11置于石英管1和套筒12之间；所述套筒12上设有卡环13。

所述石英管1长为10-12厘米、内径为2-3厘米；所述钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5的直径为1.8-2.0厘米、匝数为10-14匝，钨丝的直径为2-2.5毫米。

钨丝环Ⅰ4外表面涂覆有CeO₂-Co₃O₄材料制成的纳米催化层Ⅰ6，钨丝环Ⅱ5外表面涂覆有ZnO-SnO₂材料制成的纳米催化层Ⅱ7，所述纳米催化层Ⅰ6和纳米催化层Ⅱ7的表面涂覆厚度为8-10毫米、长度均为3.5厘米。

汽车尾气从石英管的进气口2进入，经排气口3排出。钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5用于控制催化反应的温度，在纳米催化层Ⅰ6和纳米催化层Ⅱ7与醛酮类化合物形成二次催化氧化反应，极易使催化氧化彻底，使传感器检测到的醛酮类化合物组分浓度更为准确。由上述的一级催化和二级催化与醛酮类化合物产生的催化氧化反应，能得到汽车尾气中14种醛酮类排放物的多峰响应图谱，通过对多峰响应图谱进行降噪、降维、筛选、优化、组分核对与鉴别等数据处理程序，实现对汽车尾气中14种醛酮类排放物的组分种类进行精确鉴别。钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5电极引线由电缆线10经导线管11引出，由调压器控制催化反应温度。将上述的纳米催化层Ⅰ6和纳米催化层Ⅱ7直接分别涂覆于钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5外表面，摒弃了传统的加热陶瓷棒。另外，借助于汽车尾气温度300～800℃使催化剂温度进行预提升，大大提高了能源利用效率。光电倍增管8电极引线由电缆线10经导线管11导出，光电倍增管8分别检测至一级催化和二级催化发光强度信号，然后经计算机进行数据处理后，实现对汽车尾气中14种醛酮类排放物的组分种类在线实时精确鉴别。

进一步的，所述卡环13上设有两个螺纹孔，螺纹孔内设有两个平头螺钉。传感器件插入汽车排气管后，卡环卡在排气管外表面。卡环13上钻有两个螺纹孔，用两个平头螺钉将传感器件坚固在排气管内部中心线上。

本实用新型所述传感器催化发光反应机理为：

如图4所示，纳米催化层Ⅰ活性成分被吸附活化后，使共有化电子增多，释放出大量晶格氧O^-和电磁辐射能h_v，醛酮化合物被氧化成激发态的醛（R-CHO）^*和酮（R-CH-R′）^*，并吸收电磁辐射能h_v后催化为羧酸（R-CH-OH），羧酸是极不稳定化合物，吸收大量晶格氧O^-后形成CO₂和H₂O。

如图5所示，纳米催化层Ⅱ对一级反应后剩余醛酮化合物同样进行上述催化发光反应。

本实用新型所述传感器利用光电倍增管分别检测一级和二级催化发光过程中的电磁辐射能h_v的催化发光强度信号，利用光谱转换与处理技术，实现对汽车尾气中14种醛酮类排放物的组分种类在线实时精确鉴别。

实施例2

如图2-3所示，在实施例1的基础上，在石英管1内设有消声装置和过滤装置。

所述消声装置为交错设置在石英管1内壁上的消声板14，消声板置于钨丝环Ⅰ4和钨丝环Ⅱ5之间，所述消声板上设有消声孔，消声板中空设置，消声板14内置耐高温消音棉。汽车产生的噪音经过设置的消声板，有消声孔进入经过耐高温消音棉，能够一定程度的降低噪音。

优选的，所述过滤装置设置在钨丝环Ⅱ5与排气口3之间的石英管1内壁上，过滤装置为耐高温过滤网15，耐高温过滤网15上设有弧形插板15-1，所述弧形插板置于套筒与石英管1之间的空隙内。汽车尾气中可能会产生颗粒物，在传感器的尾部设置过滤装置，过滤装置通过弧形插板15-1插设在传感器内，插入后可以利用螺丝固定，可以定期更换，尾气中的颗粒物经过过滤装置后被过滤，防止排入空气造成污染。

进一步的，所述卡环13上设有两个螺纹孔，螺纹孔内设有两个平头螺钉。传感器件插入汽车排气管后，卡环卡在排气管外表面。卡环13上钻有两个螺纹孔，用两个平头螺钉将传感器件坚固在排气管内部中心线上。