实验环境中三氯甲烷浓度检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境安全技术领域，尤其是涉及一种能够快速、准确的检测实验室环 境中三氯甲烷浓度的实验环境中三氯甲烷浓度检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 三氯甲烷为具有较高毒性，在中国有毒化学品优先控制名单中高居第二位，已经 被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物 之一。
[0003] 三氯甲烷中毒对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、 肝功能异常和免疫功能异常等方面。其它常见的症状包括胸闷，恶心，皮肤，皮疹，哮喘等。
[0004] 目前对于低浓度三氯甲烷检测方法主要依靠仪器分析的方法，如气相色谱法等。 上述检测方法虽然可以准确的检测环境中微量三氯甲烷的浓度，但是普遍存在检测周期 长、成本昂贵等不足，而且需要经过专业培训的熟练技术人员操作仪器设备，无法实现环境 中微量三氯甲烷的现场准确快速检测。
[0005] 因此，目前使用的用于微量三氯甲烷的检测系统存在灵敏度低、选择性差、稳定性 差或者不能长期使用的问题。
[0006] 中国专利授权公告号：CN101846610A，授权公告日2010年9月29日，公开了一种 气体检测装置及气体检测系统，其包括石英板、第一电极、第二电极及吸附层，所述石英板 具有相对的第一表面和第二表面，所述第一电极形成于第一表面，所述第二电极形成于第 二表面，所述吸附层形成于第一电极表面，所述吸附层由铱-二氧化铱纳米棒组成，用于吸 附待检测气体，以使气体检测装置的质量发生变化，从而获得待检测气体的浓度。该发明存 在检测速度慢，检测精度低的不足。
【发明内容】
[0007] 本发明是为了克服现有技术中的气体检测方法的检测周期长、成本高、设备昂贵 的不足，提供了一种能够快速、准确的检测实验室环境中三氯甲烷浓度的实验环境中三氯 甲烷浓度检测装置及检测方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种实验环境中三氯甲烷浓度检测装置，包括控制器，存储器、支撑平台，设于支 撑平台上的横截面呈矩形的气室、尾气处理装置和竖向支撑板，设于竖向支撑板上的气 缸；
[0010] 所述气室内壁顶部设有用于向下吹风的若干个风扇，气室内侧壁由上至下依次设 有至少2层气体敏感膜、用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的金属网、位于金属网下部 并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板，气室内底部设有托板、检测头和沿托板上表面 环形分布的轨道，检测头上设有MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器；气体敏感 膜上设有若干个通孔，与气体敏感膜位置相对应的气室内壁上设有若干条导气竖槽； toon] 所述气室上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端与气缸的伸缩杆连接， 检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第一电机，位于水平隔板上部和下部的气室 上分别设有进气管和出气管；进气管和出气管上均设有电磁阀；开口和水平隔板之间设有 密封结构；
[0012] 所述气室包括上下插接的下端开口气室组件和上端开口气室组件，下端开口气室 组件与支撑平台固定连接，上端开口气室组件底部和支撑平台之间设有竖向丝杆，竖向丝 杆上部与上端开口气室组件底部螺纹配合，竖向丝杆下部通过设于支撑平台上的轴承与支 撑平台连接，丝杆下端与设于上端开口气室组件内的第二电机的转轴连接；尾气处理装置 与气室上部的出气管相连通；
[0013] 控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、金属网、气缸、第一电机、第二电机、 MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器电连接。
[0014] 气体敏感膜用于吸附实验室气体，气体敏感膜具有气体富集作用，可将气体敏感 膜依次在HN03(1 : 1)、丙酮和双蒸水中超声清洗15min，清洗后的电极置于室温下晾干备 用；按一定比例将苹果汁与聚乙二醇溶液混合，用超声振荡均匀得到混合物，用微量注射器 吸取5 μ L质量分数为5 % Naf ion的混合物，滴涂于气体敏感膜表面，室温下晾干待用。
[0015] 金属网用于加热气体敏感膜，各个风扇用于将经过烘烤从气体敏感膜中散发出来 的气体吹向气室下部，便于各个传感器检测；水平隔板用于分隔气室上部和下部，从而方便 气室上部和下部同时进行气体富集和传感器清洗；竖向支撑板和气缸用于带动水平隔板水 平移动，从而使控制器可通过气缸控制水平隔板将气室内分为上下两部分或者使气室恢复 为一个整体；托板给轨道提供支撑，轨道给检测头提供移动至托板不同部位的导向，MQ-2 传感器和MQ-135传感器分别用于检测环境信号，三氯甲烷传感器用于检测三氯甲烷气体 信号；第一电机用于带动检测头沿轨道移动，第二电机用于带动上端开口气室组件上升。
[0016] 由于传感器对被检测的目标气体均具有交叉敏感特性，因此本发明采用MQ-2传 感器和MQ-135传感器作为辅助传感器，三氯甲烷传感器作为检测三氯甲烷气体的主传感 器，将MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器检测的信号进行融合，得到了传感器 融合信号signal (t)，从而既保留了主传感器的检测信息，又保留了主传感器与辅助传感器 之间的信号差异信息，提高了检测精度。
[0017] 因此，本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对三氯甲烷具有较好的选择 性，能够检测出浓度更低的微量三氯甲烷气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。
[0018] 作为优选，还包括设于检测头上的温度传感器和湿度传感器；温度传感器和湿度 传感器均与控制器电连接。温度传感器和湿度传感器分别用于检测温度和湿度，从而使传 感器的校正充分去除环境因素的影响，校正更加准确、可靠。
[0019] 作为优选，所述轨道包括基板、设于基板上表面的两条间隔设置的凹槽，所述凹槽 底面上设有等间隔排列的齿条；所述检测头底部设有两个与凹槽相配合的齿轮；所述第一 电机的转轴与设于两个齿轮之间的连接轴相连接；
[0020] 所述基板上设有第一挡板，与第一挡板相对的第二挡板；第一挡板、第二挡板上设 有对应的导向滑槽；所述齿轮的连接轴两端设有用于插入第一挡板、第二挡板的导向滑槽 的延伸轴；检测头下表面设有与第一挡板、第二挡板上表面滚动接触的若干个滚珠。导向滑 槽、延伸轴和滚珠的设置，使检测头的稳定性更好，摩擦力更小。
[0021] 作为优选，所述下端开口气室组件外周面通过4个L形支撑杆与底板固定连接。
[0022] 作为优选，气体敏感膜上设有若干条皱纹，气体敏感膜上还设有伸出气体敏感膜 上下表面之外的若干个碳纳米管；尾气处理装置为酒精灯。皱纹和碳纳米管增加了气体敏 感膜对气体的吸附能力。
[0023] -种实验环境中三氯甲烷浓度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
[0024] (6-1)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室外水平移动，使水平隔板内 端移至与开口相接触位置时，控制器控制气缸停止工作；
[0025] (6-2)控制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开，通过进气管向气室内充入 氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器清洗5至10分钟；
[0026] (6-3)通过进气管向气室内循环充入待检测的实验室气体，尾气处理装置处理从 出气管输出的实验室气体；气体敏感膜吸附气体，5至15分钟后控制器控制进气管和出气 管上的电磁阀关闭；
[0027] (6-4)控制器控制金属网通电，同时控制各个电扇工作，气体敏感膜吸附的气体进 入气室下部，5至8分钟后，控制器控制金属网断电，各个电扇停止工作；
[0028] (6-5)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室内水平移动，使水平隔板外 端移至与开口相接触位置相接触时，控制器控制气缸停止工作；
[0029] (6-6)控制器通过第一电机带动检测头沿轨道移动，并通过第二电机带动上 端开口气室组件由与支撑平台接触处逐渐上升至控制器中预设的高度L，MQ-2传感器、 MQ-135传感器和三氯甲烷传感器检测气体信号，控制器收到三氯甲烷传感器的检测信号 SI (t)、MQ-2传感器的检测信号S2 (t)，MQ-135传感器的检测信号S3 (t);控制器利用公式 81区仙1(1:)=312(1:) + (31(1:)-32(1:))2+(31(1:)-33(1:))2计算传感器融合信号818仙1(1:) ;
[0030] (6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和三氯甲烷浓度预测模型，将 signal (t)输入随机共振模型中，控制器计算随机共振模型共振时的输出信噪比SNR，
[0031] 将SNR输入三氯甲烷浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的三氯甲烷浓 度。
[0032] 由于传感器对被检测的目标气体均具有交叉敏感特性，因此本发明采用MQ-2传 感器和MQ-135传感器作为辅助传感器，三氯甲烷传感器作为检测三氯甲烷气体的主传感 器，MQ-2传感器的检测信号SI (t)、MQ-135传感器的检测信号S2 (t)，三氯甲烷传感器的检 测信号S3 (t)，本发明利用公式
[0033] signal (t) = SI2 (t) + (SI (t) -S2