实验室中甲醛浓度检测装置和检测方法
【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、准确检测实验室环境 中甲醛浓度的实验室中甲醛浓度检测装置和检测方法。
【背景技术】
[0002] 甲醛为具有较高毒性，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] 甲醛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] 目前对于低浓度甲醛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甲醛的浓度，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甲 醛的现场准确快速检测。
[0005] 因此，目前使用的用于微量甲醛的检测系统存在灵敏度低、选择性差、稳定性差或 者不能长期使用的间题。
[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、准确检测实验室环境中甲醛浓度的实验室中甲醛浓度检测 装置和检测方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种实验室中甲醛浓度检测装置，包括控制器，存储器、底板，设于底板上的横截 面呈矩形的气室、尾气处理装置和支撑架，设于支撑架上的导向结构和横向丝杆；
[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 螺旋分布的轨道，检测头上设有MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器；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；
[0011] 横向丝杆一端与设于支撑架上的第一电机的转轴连接，所述气室上设有用于插入 水平隔板的开口，水平隔板外端设有连接板，检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动 的第二电机，连接板与丝杆螺纹连接，连接板与导向结构滑动连接，位于水平隔板上部和下 部的气室上的进气管和出气管；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] 还包括设于托板和气室底部之间的竖向丝杆，竖向丝杆上部与托板螺纹配合，竖 向丝杆下部通过设于气室底部的轴承与气室连接，丝杆下端与设于气室下部内的第三电机 的转轴连接；
[0013] 开口和水平隔板之间设有密封结构；尾气处理装置与气室上部的出气管相连通；
[0014] 控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、金属网、第一电机、第二电机、第三 电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器电连接。
[0015] 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。
[0016] 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；支撑架、导向结构、横向丝杆和第一电机 用于带动水平隔板水平移动，从而使控制器可通过第一电机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，甲醛传感器用于 检测甲醛气体信号；第二电机用于带动检测头沿轨道移动，第三电机用于带动托盘升降。
[0017] 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，甲醛传感器作为检测甲醛气体的主传感器，将 MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛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?目息，提尚了检测精度。
[0018] 因此，本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对甲醛具有较好的选择性， 能够检测出浓度更低的微量甲醛气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。
[0019] 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。
[0020] 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；所述第二 电机的转轴与设于两个齿轮之间的连接轴相连接；
[0021] 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。
[0022] 作为优选，所述支撑架包括开口向下的U形架、设于气室前部和后部的L形架；所 述导向结构为设于U形架和两个L形架之间的两条横梁；所述连接板呈矩形，连接板下部设 有用于穿过两条横梁的2个通孔，连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝杆孔。
[0023] 作为优选，气体敏感膜内设有若干个间隔分布的空腔，空腔内设有伸出气体敏感 膜上下表面之外的碳纳米管；尾气处理装置为酒精灯。空腔和碳纳米管增加了气体敏感膜 对气体的吸附能力。
[0024] 一种实验室中甲醛浓度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
[0025] (6-1)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔 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，控制器控制第一电机停 止工作；
[0026] (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传感器和甲醛传感器清洗5至10分钟；
[0027] (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；
[0028] (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；
[0029] (6-5)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔 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，控制器控制第一 电机停止工作；
[0030] (6-6)控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，并通过第三电机带动托板升 降，MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器检测气体信号，控制器收到甲醛传感器的 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 signal(t) = Sl2(t) + (Sl(t)-S2(t))2+(Sl(t)-S3(t))2计算传感器融合信号 signal ⑴；
[0031] (6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和甲醛浓度预测模型，将signal⑴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，
[0032] 将SNR输入甲醛浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的甲醛浓度。
[0033] 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，甲醛传感器作为检测甲醛气体的主传感器，MQ-2传 感器的检测信号SI (t)、MQ-135传感器的检测信号S2 (t)，甲醛传感器的检测信号S3 (t)，本 发