本发明涉及环境质量监测领域，尤其涉及一种高灵敏环境质量监测系统。
背景技术：
目前，在现有的环境监测系统中，还无法通过同一个基站同时对大气污染物质量与气象进行监测，并且检测灵敏度较低。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种高灵敏环境质量监测系统，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种高灵敏环境质量监测系统，包括基站、以及其分别与其相连接的大气污染物监测仪和气象监测仪；
所述基站包括计算机、数据预处理器与ups电源，所述计算机与所述数据预处理器相连接，所述ups电源分别与所述计算机和所述数据预处理器相连接；
所述大气污染物监测仪包括微处理器、以及分别与其相连接的功能传感器组、电源模块与通讯模块，功能传感器组包括传感器接口、以及分别与其相连接的pm10传感器、pm2.5传感器、so2传感器、no2传感器、o3传感器、co传感器、温度传感器与湿度传感器；
所述气象监测仪包括功能传感器组与数据采集器，数据采集器通过数据预处理器与计算机相连接，功能传感器组包括分别与数据采集器相连接的风向传感器、风速传感器、以及与数据预处理器相连接的气压传感器；
所述no2传感器为为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为tio2纳米粒子和ca/sno2/n-rgo复合材料的混合物。
优选地，敏感薄膜中，首先制备石墨烯，然后通过添加尿素、sncl4·5h2o、ca(no3)2，制成ca/sno2/n-rgo复合材料分散液，然后将ca/sno2/n-rgo复合材料分散液滴涂到tio2纳米粒子表面，并且经过等离子体的处理，从而形成所述的传感器敏感薄膜；所述tio2纳米粒子与ca/sno2/n-rgo复合材料的质量比为7:1。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明公开的环境质量监测系统可通过同一个基站对pm10、pm2.5、so2、no2、o3、co、温度、湿度、风向、风速以及气压进行监测，具有结构简单，监测性能准确等优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的结构图；
图2为图1中大气污染物监测仪的结构框图；
图3为图1中气象监测仪与基站相连接的结构框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
结合图1-图3，本发明的实施例涉及一种高灵敏环境质量监测系统，包括基站、以及其分别与其相连接的大气污染物监测仪和气象监测仪。
基站包括计算机、数据预处理器与ups电源，计算机与数据预处理器相连接，ups电源分别与计算机和数据预处理器相连接。
大气污染物监测仪包括微处理器、以及分别与其相连接的功能传感器组、电源模块与通讯模块，功能传感器组包括传感器接口、以及分别与其相连接的pm10传感器、pm2.5传感器、so2传感器、no2传感器、o3传感器、co传感器、温度传感器与湿度传感器。
其中，电池模块与市政供电或太阳能板相连接。
通讯模块与计算机相连接。
气象监测仪包括功能传感器组与数据采集器，数据采集器通过数据预处理器与计算机相连接，功能传感器组包括分别与数据采集器相连接的风向传感器、风速传感器、以及与数据预处理器相连接的气压传感器。
其中，no2传感器是针对no2气体进行检测的工具，其中敏感材料为核心部件，目前，针对no2的检测，敏感材料主要集中在金属氧化物半导体等材料，上述材料需要在高温下才具有no2检测能力，这给no2市场化以及小型化、智能化带来不便。
一种实施方式为，本发明所述的no2传感器为为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为tio2纳米粒子和ca/sno2/n-rgo复合材料的混合物。
本发明公开的no2传感器，基于tio2纳米粒子和ca/sno2/n-rgo复合材料，该传感器工作在室温，具有良好的灵敏度及较快的响应恢复时间，为no2传感器的应用提供更多选择。
优选地，该敏感薄膜厚度为0.1mm。
如上所述，基于传统金属氧化物的no2传感器需要在较高的温度下工作，增加了传感器内耗。而石墨烯是一种新型的碳材料，由于其特殊的原子结构和复杂的能带结构使它同时具有半导体特性和金属特性，并具有优良的电子传递性能，许多研究尝试将石墨烯材料应用于构筑室温气体传感器，其中，金属氧化物修饰石墨烯材料被广泛用于室温检测no2，但其仍存在灵敏度低、响应恢复慢等问题。
基于上述背景，本发明技术方案中，所述的敏感薄膜为tio2纳米粒子和ca/sno2/n-rgo复合材料的混合物，并且该混合物经过了等离子体处理，在两者结合的基础上，使得所述敏感薄膜产生了意料不到的技术效果，在室温下，使得传感器的灵敏性能大幅提高。
具体的，本发明上述敏感薄膜中，首先制备石墨烯，然后通过添加尿素、sncl4·5h2o、ca(no3)2，制成ca/sno2/n-rgo复合材料分散液，然后将ca/sno2/n-rgo复合材料分散液滴涂到tio2纳米粒子表面，并且经过等离子体的处理，从而形成所述的传感器敏感薄膜；所述的ca/sno2/n-rgo复合材料中，rgo呈片层，掺杂有氮原子，ca与sno2为纳米粒子，修饰在掺杂氮的片层rgo表面；将ca/sno2/n-rgo分散液滴涂到tio2纳米粒子表面可以使得所述ca/sno2/n-rgo复合材料充分分散在tio2纳米粒子表面，借助纳米粒子的高比表面积，达到对ca/sno2/n-rgo复合材料分散的技术目的，产生了意料不到的技术效果，提高了传感器灵敏度；此外，氮掺杂的还原氧化石墨烯(rgo)与tio2纳米粒子、sno2纳米粒子、ca纳米粒子结合，上述纳米粒子对石墨烯掺杂，能够调控石墨烯的表面属性及半导体属性，进而改善传感器的敏感特性，上述结合对no2发挥敏感作用，提高了敏感材料中电子的传输速率，产生了意料不到的技术效果。
在质量比例方面，该tio2纳米粒子与ca/sno2/n-rgo复合材料的质量比为7:1。通过调控混合物的质量比例，使得该敏感材料产生了意料不到的技术效果，使得传感器的灵敏性能大幅提高。
具体的，所述tio2纳米粒子的粒径为100nm。
具体的，所述ca/sno2/n-rgo复合材料是通过水热法制备的，该复合材料呈二维片状结构，ca和sno2均为纳米粒子，均匀的担载在石墨烯表面，石墨烯掺杂有氮元素；所述ca纳米粒子粒径为20nm，所述sno2纳米粒子粒径为5nm；该复合材料中，ca、sno2、n、rgo的质量比例为27:20:2:40。
所述复合材料中，通过对石墨烯掺杂氮原子和ca、sno2纳米粒子，提高了敏感材料的电子传输速率，使得复合材料具有多孔结构，进而，提高了敏感特性。
本发明所述no2传感器的制备过程为：
步骤1，制备ca/sno2/n-rgo复合材料
a)制备氧化石墨烯
go的制备是通过改进的hummers方法完成：首先，将0.1g的石墨粉与2.3ml的浓硫酸溶液混合，在室温下搅拌24h，随后，将10mg的硝酸钠添加到混合物中继续搅拌40min，然后，将混合物置于冰浴中，向其中缓慢加入0.3g高锰酸钾，待混合物搅拌均匀后，对其进行35-40℃的水浴加热处理40min，至反应粘稠，再缓慢加入4.6ml蒸馏水，并将上述混合物在75℃下加热搅拌15min，最后，向混合物中加入14ml蒸馏水和1ml的过氧化氢溶液来终止反应；然后，将所得混合物反复用蒸馏水清洗，至溶液呈中性，再将沉积在溶液底部未被氧化剥离的石墨粉与已被氧化剥离分散在水溶液中的go片层分离，将干燥后的go重新分散在去例子水中配置成浓度为1.0mg/ml的go溶液；
b)制备ca/sno2/n-rgo复合材料分散液
取1ml的上述go溶液，将其加入到40ml蒸馏水中，再将sncl4·5h2o和尿素加入到go分散液中，超声分散30min，而后将溶液转移至水热反应釜中，密封后放在烘箱中180℃反应12h，将所得产物离心分离，得到sno2/n-rgo分散液；
再将0.3m的ca(no3)2溶液和质量分数为2％的醋酸钠溶液加入到上述sno2/n-rgo分散液中，将混合溶液加热到100℃反应60min，所得产物经离心分离、洗涤，得到所述ca/sno2/n-rgo复合材料分散液；
步骤2，混合
取粒径为100nm的tio2纳米粒子，将上述ca/sno2/n-rgo复合材料分散液滴涂到tio2纳米粒子表面，研磨30min、超声处理15min，使其混合均匀，得到混合物a；
步骤3，等离子体处理
将混合物a进行低温射频氩等离子体处理，等离子发生装置为电感耦合式，工作频率为13.75mhz，功率为350w，气压30pa，气体流速为15sccm，处理时间为60min；
本发明技术方案中，混合物经过氩等离子体处理，可以有效改善复合材料的表面性质，增加表面活性，对于提高no2灵敏度、降低最低检测浓度产生了意料不到的技术效果。
步骤4，制备no2传感器
将步骤3中等离子体处理后的混合物a与适量去例子水混合均匀，在研钵中研磨10min，将所得糊状物涂敷于带有插指电极的陶瓷基底表面，干燥后，得到所述no2传感器；
具体的，所述的插指电极为pt电极，pt电极线条宽为0.12mm，指间距为0.15mm，插指电极厚度为0.1～0.2mm。
对照例1
相比上述实施例，所述敏感薄膜中没有设置tio2纳米粒子。
对照例2
相比上述实施例，所述敏感薄膜的ca/sno2/n-rgo复合材料中没有设置ca纳米粒子。
对照例3
相比上述实施例，所述敏感薄膜的ca/sno2/n-rgo复合材料中没有设置sno2纳米粒子。
对照例4
相比上述实施例，所述敏感薄膜没有经过等离子处理。
利用气敏特性测试仪对本发明no2传感器进行测试：先将一定浓度的目标气体注入到密封测试腔中，待目标气体与腔中的空气混合均匀后，再将no2传感器放入测试腔中。
本发明中no2传感器的灵敏度、响应恢复时间等采用本领域常规定义。
首先，分别对实施例和对照例得到的传感器在室温下对5ppm的no2进行响应测试，
测试结果如下表1：
可以看到，实施例得到的no2传感器在灵敏度、响应恢复时间均具有明显优势，产生了意料不到的技术效果。然后，将实施例所得no2传感器对1ppm的no2进行响应测试，发现灵敏度仍高达21.8，降低了no2的最低检测浓度。
进一步，将上述的no2传感器应用于所述的大气污染物监测仪，其可以实现室温下对no2的高灵敏响应，有助于环境质量监测系统灵敏度的提高。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。