专利名称：简易乙醇气体检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种简易的乙醇气体传感检测装置，该装置能准确、快速地检测 出工业生产和驾驶员呼气中的乙醇气体浓度。
背景技术：
乙醇是一种易燃、其蒸气与空气可形成爆炸性混合物的危险化学品，人的半致死 量LD5(I为13. 7g/kg。在生产中长期接触高浓度乙醇可引起鼻、眼、粘膜刺激症状，以及头痛、 头晕、疲乏、易激动、震颤、恶心等。工厂车间中的有毒物质如苯胺、硝基苯、四氯化碳、卤代 烃等可使人对乙醇的抵抗力显著下降，接触上述物质的人要特别注意乙醇的危害作用。美 国职业安全与健康管理局(0SHA)则规定工厂车间中允许乙醇气体的最大浓度为1900mg/m3 或 lOOOppm。目前市场上针对乙醇气体检测的微型化装置有很多，但其核心乙醇敏感元件大多 为氧化物-半导体传感器，且这些装置还需从美国、韩国、日本等国进口。虽然这种氧化 物_半导体传感器使用较方便，但其电路设计非常复杂，不易制备，且需高温烧结而成，易 受毒害而失效。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简易的乙醇气体检测装置，该装置采 用的乙醇敏感元件是涂膜石英晶体传感器，易于制备、操作方便、可反复使用，能在数分钟 内准确地检测出乙醇气体的浓度。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种能检测乙醇气体的装置， 该装置包括两个进气管路和一个出气管路，所述的进气管合并成一路通过干燥管进入检测 瓶，检测瓶上用橡胶塞密封，所述橡胶塞中插有一个石英晶体传感器和所述的出气管，涂敷 在传感器上的涂膜材料是2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃(全名5，11，17，23_四甲基_2，8， 14，20-四乙基-4,6,10，12，16，18，22，24-八羟基杯[4]芳烃)，所述石英晶体传感器与晶 体管-晶体管-逻辑(TTL)振荡电路连接，所述振荡电路与频率计数器连接，构成一个传感 检测回路。其特征是装置的设计、石英晶体传感器的应用和对乙醇有特异吸附功能的涂膜 物质2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃的使用。它可以通过超分子作用高灵敏、高选择性地吸附 乙醇气体分子。通过大量实验数据发现，其涂敷于石英晶体传感器上的量为16-27微克之 间时的检测效果最佳。整个装置由以上几个部件组装而成，易拆除更换，便于携带。其工作 原理是乙醇气体能选择性地吸附在涂膜物质上，产生的微小质量变化会使传感器的谐振频 率发生变化，以频率变化值来计算所测气样中乙醇气体的浓度。在装置的设计上，氮气和乙醇试样的两个进气管路可独立开关，氮气和乙醇试样 可交替进入检测瓶内。氮气可以使吸附在所述涂膜物质上的乙醇气体脱附，使传感器谐振 频率恢复到初值。整个过程在十分钟以内就可以完成，随后就能继续用于下一次的检测，所 以该装置能有效地减少检测时间和简化操作过程。[0007]本实用新型的有益效果是，可以准确、快速、连续地测定乙醇气体的浓度，且装置 结构简单，易于便携智能化改造。因而特别适用于工业生产、高危作业环境、机动车驾驶人 员酗酒酒醉/酒驾呼气的乙醇浓度检测。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是简易乙醇气体检测装置的示意图。图2是传感器的频率变化值(以Hz表示)与乙醇气体对应浓度(ppm)的关系曲 线图。图3是对乙醇气体分子有特定选择性吸附功能的2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃的 分子结构。图1中1.气样进气管，2.氮气进气管，3.气样进气管开关，4.氮气进气管开关， 5干燥管(内填充3A分子筛)，6.石英晶体传感器，7.出气管开关，8.橡胶塞，9.出气管， 10.检测瓶，11.振荡电路，12.频率计数器。图2是把21微克的2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃涂敷于石英晶体传感器上，通过 加入标准样品的乙醇气体可得到乙醇气体浓度与响应频率变化值的关系曲线，该曲线拟合 的方程为y = 375. 84x-1055. 42其中y表示乙醇气体的浓度(ppm)，x表示频率变化值AF(Hz)。上述关系曲线是 在室温25 °C时绘制的。
具体实施方式
如图1中所示，两个进气管1、2合并成一路经过干燥管5后进入检测瓶10底部， 检测瓶10可以是玻璃制的，也可以是塑料制的，大小可取0.5L。检测瓶10上用橡胶塞8 密封，橡胶塞8中插有一个石英晶体传感器6和出气管9，石英晶体传感器6与振荡电路11 连接，振荡电路11再与频率计数器12相连接，这样就方便地组装成一个完整的传感检测回 路。要提到的是，石英晶体传感器6上所述涂层材料2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃是此传 感检测的关键物质，它可以通过超分子作用对乙醇气体进行高灵敏地选择性吸附。橡胶塞 8与检测瓶10、出气管9与橡胶塞8都是紧密连接的，以此保证检测瓶10的整体密封性良 好。具体检测的操作过程如下1.首先打开电源，使振荡电路11起振，此时频率计数器12会显示出振荡的频率， 然后打开氮气进气管开关4和出气管开关7，待其频率显示稳定时关闭氮气进气管开关4和 出气管开关7，记录下初始频率值& ；2.然后打开气样进气管开关3和出气管开关7，待频率计数器12显示稳定时，关 闭气样进气管开关3和出气管开关7，记录下频率值F2 ；3.每个气样的频率响应值(AF，Hz)可由下式得出AF = FfF2，ffi AF代入到图 2的工作曲线方程中，即可算出气样中乙醇气体的浓度值；4.检测完毕后，打开出气管开关7和氮气进气管开关4，使频率计数器12显示频率恢复到初始频率值F1，然后关闭所有气路，以备下次检测用。本实用新型可以应用于乙醇工业生产、使用等过程中有可能发生乙醇安全事故的 泄漏点的监测，以保证车间操作人员的生命健康。只要将气样管路连接至这些易发生安全 事故的泄漏点，就可以及时地对乙醇气体的浓度进行灵敏、快速的检测。目前在可查的专利中有专门用于呼气酒精检测的一次性吹管，如一种用于呼气 酒精检测器的一次性吹管(99209831. 9)。这种气体收集简易装置能准确地测量出人们呼出 气体的体积。将上述气体收集简易装置装配在本实用新型的气样进气管路上，可对机动车 驾驶人员酗酒酒醉/酒驾呼气中乙醇气体的浓度进行现场即时的准确测定。
权利要求一种乙醇气体检测装置，其特征是该装置由两个进气管(1)、(2)合并成一路经过干燥管(5)后进入检测瓶(10)底部，检测瓶(10)上用橡胶塞(8)密封，橡胶塞(8)中插有一个石英晶体传感器(6)和出气管(9)，石英晶体传感器(6)与振荡电路(11)连接，振荡电路(11)再与频率计数器(12)相连接，构成一个完整的传感检测回路。
2.根据权利要求1所述的乙醇气体检测装置，其特征是两个进气管路(1)、(2)可独 立控制开关，氮气和乙醇试样可交替进入检测瓶(10)内。
3.根据权利要求1所述的乙醇气体检测装置，其特征是石英晶体传感器(6)与TTL振 荡电路(11)相连接，振荡电路再与频率计数器(12)连接，构成一个完整的传感检测回路， 并用此传感回路达到灵敏地检测乙醇的目的。
4.根据权利要求1所述的乙醇气体检测装置，其特征是涂敷在石英晶体传感器(6) 上的敏感涂膜材料是2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃。
5.根据权利要求4所述的乙醇气体检测装置，其特征是其涂敷于石英晶体传感器(6) 上的敏感涂膜材料2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃的量为16-27微克之间时的检测效果最佳。
专利摘要本实用新型公开了一种简易乙醇气体检测装置，该装置由两个进气管(1)、(2)合并成一路经过干燥管(5)后进入检测瓶(10)底部，检测瓶(10)上用橡胶塞(8)密封，橡胶塞(8)中插有一个石英晶体传感器(6)和出气管(9)，其中涂敷在石英晶体传感器(6)上的敏感涂膜材料为2-甲基间苯二酚杯[4]芳烃，它可以通过超分子作用高灵敏、高选择性地吸附乙醇气体分子，石英晶体传感器(6)与振荡电路(11)连接，振荡电路(11)再与频率计数器(12)相连接，构成一个完整的传感检测回路。该装置能准确、快速地检测出工业生产和驾驶员呼气中乙醇气体的浓度。
文档编号G01N27/00GK201765204SQ20102016309
公开日2011年3月16日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者孙立贤, 张玲, 戴云林, 戴益民, 曹忠, 曾巨澜, 肖忠良 申请人:长沙理工大学