一种用于选择性检测NO_x无膜电流气体传感器的制备方法

专利名称：一种用于选择性检测NO_x无膜电流气体传感器的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电流气体传感器的制备方法，尤其涉及一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法。
背景技术：
虽然氮氧化合物(NOx)的吸入有可能会因其肺部炎症，但是并不是直接的大气污染物，因为它们很少直接影响人类健康。然而，在一定程度上NOx却是构成光化学烟雾的基本成分，而光化学烟雾在全世界范围内笼罩着很多城市，对人类健康和环境都能够造成非常不利的影响。事实上，光化学烟雾的形成主要来自于臭氧、可挥发有机物和紫外线的照射。但是没有NOx的参与，这三种物质也不会造成光化学烟雾。所以，控制光化学烟雾就需要减少NOx的排放。通常采用的检测NOx的方法主要是基于电分析和化学发光的方法。与化学发光的方法相比，电分析的方法具有高灵敏度、可调选择性、快速反应时间和长期稳定性的特点。此外，电分析的方法可以很容易得用于便携式设备，并且能实现本机控制。用于NOx检测的电分析传感器主要是产生与电压(电势测定法)和电流(电流计)有关的信号。用于电势测定法的主要是半导体传感器，主要是由于它们的廉价、小尺寸和坚固性特点。但是这类半导体的缺点也很明显不足的选择性，窄的动态测量范围，并且经常需要很高的温度(> 400°C )。电流传感器能提供线性的测量范围，并且能够借助于一些电极表面的改性方法实现可调节的选择性。不足之处是，当电流传感器与膜配套使用时，由于膜很容易被气体渗透，渗透速率慢并且具有温度依赖性，这使得传感器的反应性和灵敏度都会下降。此外，与膜接触的内部电解液的蒸发会引起更多的问题。潮湿的离子交换膜作为不溶性固体高分子电解质，并在上面支撑的多孔电极显示出了非常大的优点，因为它能避免所有形式的渗透，但是这类电极的一个缺点是很容易变干。为了解决上面提到的其它传感器存在的一些缺点，最近出现了一种在单电极或者微电极阵列上涂覆一层薄薄的室温离子液体构成的电流型气体传感器。室温离子液体由于其具有非常低的溶点，因此同传统的电化学溶剂相比具有非常大的优点。比如可以忽略的蒸汽压、好的热稳定性和电子传导性能，并且和水以及其它的一些有机溶剂有可调节的混合性能。但是由于膜很容易被气体渗透，渗透速率慢并且具有温度依赖性，使得这类传感器的反应性和灵敏度都会下降。因此，设计和发展一种新型的基于室温离子液体的无膜传感器是非常必要的。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法。—种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其步骤如下(I)钼电线的制备在气相中进行伏安和电流检测的基于室温离子液体的无膜三、电极探针由沿着一根聚四氟乙烯棒的三个分开的小孔穿插的三根钼电线组装而成；中间的一根钼电线作为工作电极，外围的两根其中一根作为参考电极，另一根固定在聚四氟乙烯棒顶端的凹槽里作为对电极；(2)钼电线穿插好之后，分别用细度为600的砂纸和铝粉对无膜三电极探针进行打磨使钼电线变得光滑以便于更好地粘合室温离子液体；(3)然后将钼电线用超纯水冲洗，冲洗时间以冲洗掉用砂纸和铝粉打磨钼电线时留下的粉末为宜，并且在水浴中超声30min ；
(4)最后在探针的端部铺展0. 5 y L，厚度70 y m的室温离子液体，以实现三电极之间的电解质的接触。所述聚四氟乙烯棒的长度为2cm，直径为3mm。所述三根钼电线，每根钼电线的直径为0. 5mm。所述的室温离子液体从四类中选择其中一类使用，分别为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐，[BMM][NTF2] ;1-辛基-3-甲硫基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐，[OMIM] [NTF2] ;1_ 丁基-3-甲基咪唑三氟磺酸甲醛盐，[BMIM] [TFMS] ;1_ 丁基-3-甲基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐，[BMPy] [NTF2]，主要用于比较不同离子液体制备的传感器的性能差别。本发明专利具有如下优点(I)本发明专利基于室温离子液体的电流型传感器用来检测NOx表现出非常好的性能，这类传感器是非常适合用来直接检测大气中的，因为它的检测限(0.96or
0.55ppb v/v，取决于检测温度0-100°C)低于最大允许值(20-53ppb v/v，取决于不同的国家)，同时大气中的可能干扰成分不会影响检测结果。(2)本发明专利无膜电流气体传感器由穿在聚四氟乙烯棒的三根钼金属线构成，聚四氟乙烯的裸露端涂覆一层稳定的具有粘合作用的室温离子液体以保证电极间的电子传导性能。室温离子液体层的可以忽略的蒸汽压可以消除使用膜的必要性，因此避免了由于被分析气体的渗透造成的检测速度变慢的问题。利用该传感器在大气氛围中进行的初步的伏安测试结果表明NO2和NO的氧化反应在非常接近的电势下就可以进行，因此能够保证对NOx的有效检测。相反，其它可能造成干扰的成分(CO、H2S和SO2)只有在较高的电势下才能进行氧化反应。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面结合实施对本发明作进一步详述。一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其步骤如下(I)钼电线的制备在气相中进行伏安和电流检测的基于室温离子液体的无膜三电极探针由沿着一根聚四氟乙烯棒(长度为2cm，直径为3mm)的三个分开的小孔穿插的三根钼电线(直径为0. 5mm)组装而成；中间的一根钼电线作为工作电极，外围的两根其中一根作为参考电极，另一根固定在聚四氟乙烯棒顶端的凹槽里作为对电极；(2)钼电线穿插好之后，分别用细度为600的砂纸和铝粉对无膜三电极探针进行打磨使钼电线变得光滑以便于更好地粘合室温离子液体；(3)然后将钼电线用超纯水冲洗，冲洗时间以冲洗掉用砂纸和铝粉打磨钼电线时留下的粉末为宜，并且在水浴中超声30min ；(4)最后在探针的端部铺展0. 5 y L，厚度70 y m的室温离子液体，以实现三电极之间的电解质的接触。所述的室温离子液体从四类中选择其中一类使用，分别为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐，[BMM][NTF2] ;1-辛基-3-甲硫基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐，[OMIM] [NTF2] ;1_ 丁基-3-甲基咪唑三氟磺酸甲醛盐，[BMIM] [TFMS] ;1_ 丁基-3-甲基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐，[BMPy] [NTF2]，主要用于比较不同离子液体制备的传感器的性能差别。本发明专利具有简单组装、灵敏、反应快速的特点，并且能够充分发挥室温离子液体的优点，比如高的电子传导性能、几乎可以忽略的蒸汽压、优良的热稳定性。
权利要求
1.一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其特征在于步骤如下 (1)钼电线的制备在气相中进行伏安和电流检测的基于室温离子液体的无膜三电极探针由沿着一根聚四氟乙烯棒的三个分开的小孔穿插的三根钼电线组装而成；中间的一根钼电线作为工作电极，外围的两根其中一根作为参考电极，另一根固定在聚四氟乙烯棒顶端的凹槽里作为对电极； (2)钼电线穿插好之后，分别用细度为600的砂纸和铝粉对无膜三电极探针进行打磨使钼电线变得光滑以便于更好地粘合室温离子液体； (3)然后将钼电线用超纯水冲洗，冲洗时间以冲洗掉用砂纸和铝粉打磨钼电线时留下的粉末为宜，并且在水浴中超声30min ； (4)最后在探针的端部铺展0.5 y L，厚度70 的室温离子液体，以实现三电极之间的电解质的接触。
2.根据权利要求I所述的一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其特征在于所述聚四氟乙烯棒的长度为2cm，直径为3mm。
3.根据权利要求I所述的一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其特征在于所述三根钼电线，每根钼电线的直径为0. 5mm。
4.根据权利要求I所述的一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，其特征在于所述的室温离子液体从四类中选择其中一类使用，分别为1_丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐I-辛基-3-甲硫基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐I- 丁基-3-甲基咪唑三氟磺酸甲醛盐；1- 丁基-3-甲基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐。
全文摘要
本发明涉及一种用于选择性检测NOx无膜电流气体传感器的制备方法，首先制备铂电线，铂电线穿插好之后，分别用细度为600的砂纸和铝粉对无膜三电极探针进行打磨使铂电线变得光滑，然后将铂电线用超纯水冲洗，最后在探针的端部铺展0.5μL，厚度70μm的室温离子液体，以实现三电极之间的电解质的接触，本发明专利基于室温离子液体的电流型传感器用来检测NOx表现出非常好的性能，这类传感器是非常适合用来直接检测大气中的NOx的，因为它的检测限(0.96or 0.55ppb v/v，取决于检测温度0-100℃)低于最大允许值(20-53ppb v/v，取决于不同的国家)，同时大气中的可能干扰成分不会影响检测结果，具有简单组装、灵敏、反应快速的特点。
文档编号G01N27/327GK102645472SQ201210091690
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者孙京华, 潘正海 申请人:无锡百灵传感技术有限公司