一种二氧化碳传感器

本发明属于二氧化碳气体检测，具体涉及一种二氧化碳传感器。

背景技术：

1、

2、碳捕集与封存(ccs)技术能够有效地从现有排放源中捕获二氧化碳，被视为迄今为止最有前途的减缓气候变化的解决方案之一。

3、一般co2吸附是采用体积庞大的仪器测量的，存在成本高、周期长、测试过程复杂以及不适合实时测量co2气体的问题。为此，本发明提供一种二氧化碳传感器。

技术实现思路

1、本发明提供了一种二氧化碳传感器，解决了现有的co2吸附存在测量仪器体积庞大、成本高、周期长、过程复杂且不适合实时测量co2气体的技术问题，同时提供了一种基于荧光检测和指示剂显色检测复合的二氧化碳传感器。

2、本发明的目的是提供一种二氧化碳传感器，其特征在于，包括：激发光源、二氧化碳探测室、第一进气管、荧光探测组件、第二进气管、显色探测组件；所述激发光源为1～10个，并设置于所述二氧化碳探测室外；所述荧光探测组件和显色探测组件均设置于所述二氧化碳探测室内；所述第一进气管和第二进气管均设置于所述二氧化碳探测室上并与所述二氧化碳探测室连通；所述二氧化碳探测室、第一进气管和第二进气管为一体成型结构，采用耐酸耐碱的peek材料制成，既可避免漏气，又可避免酸碱腐蚀，同时腔体坚固、成本低廉；所述第一进气管和第二进气管均设置有塞子。

3、所述荧光探测组件包括印刷电路板，所述印刷电路板上设置有载体，所述载体上设置有二氧化碳荧光敏感膜，所述印刷电路板上组装有光电转换器件，所述光电转换器件的接收窗前设置有滤光片，所述滤光片与光电转换器件偶联，用于收集和传输二氧化碳荧光敏感膜上的反射荧光；所述光电转换器件底部设置有重量传感器；co2气体通过所述第一进气管进入所述二氧化碳探测室，并被所述二氧化碳荧光敏感膜吸收，由于所述二氧化碳荧光敏感膜中包埋了荧光探针(hpts)，当有co2时，会发生荧光淬灭，荧光强度下降，所述激光光源的发射光投射至所述二氧化碳荧光敏感膜产生发射荧光，并通过所述滤光片进入所述光电转换器件进行检测，通过通入气体前后荧光强度的变化检测co2的存在，同时根据荧光强度的变化和重量传感器记录二氧化碳荧光敏感膜重量的变化来检测co2的吸收量；

4、所述显色探测组件包括比色皿，所述比色皿上设置有二氧化碳指示剂敏感膜，所述比色皿内设置有压力传感器，用于检测通入气体后二氧化碳探测室内的压力变化，co2气体通过所述第二进气管进入到所述二氧化碳探测室内，并被所述二氧化碳指示剂敏感膜吸收，通过观察二氧化碳指示剂敏感膜的颜色变化来判断对co2的吸附，当未通入气体时为深蓝色，吸附co2后ph达到7.6时二氧化碳指示剂敏感膜开始变为绿色，继续通入气体，当ph≈6时最终变成黄色。

5、作为一种优选的实施方式，所述激光光源的发射光与所述二氧化碳荧光敏感膜的夹角为45度，从而减少散射光对检测造成的影响。

6、作为一种优选的实施方式，所述载体为石英材质，所述载体与所述印刷电路板夹角为45度。

7、作为一种优选的实施方式，所述二氧化碳荧光敏感膜与所述光电转换器件接受光路的中心线夹角为45度，保证发射荧光能最大程度的被光电转换器件接收。

8、作为一种优选的实施方式，所述二氧化碳荧光敏感膜的制备方法具体为：按照1:1:2的体积比，将浓度为1x10-7的hpts溶液、质量分数为5％的uio-66/go水溶液与聚乙烯醇一起溶解在二甲基亚砜与水组成的混合溶剂中，采用涂抹的方式成膜后放在纯水中，静置即得。

9、作为一种优选的实施方式，所述二氧化碳指示剂敏感膜的制备方法具体为：按照1:1:2的体积比，将浓度为1x10-7的hpts溶液、ph为8的溴麝香草酚蓝溶液、质量分数为5％的uio-66/go水溶液和聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜与水组成的混合溶剂中，于低温下冷却即得。

10、作为一种优选的实施方式，所述uio-66/go的制备方法具体为：取0.0587g干燥的氧化石墨烯粉末(go)，将其加入到37.5ml氮氮二甲基甲酰胺溶液(dmf)中，超声分散5h。将四氯化锆固体，对苯二甲酸固体加入到go dmf溶液中并超声1h，然后转移到200mlteflon不锈钢高压釜中，在120℃的均相反应器中反应24h，冷却至室温后，将母液滗出，经dmf和甲醇反复洗涤，并于393k下干燥过夜，即得到uio-66/go晶体材料。

11、作为一种优选的实施方式，所述激光光源的发射光与所述二氧化碳指示剂敏感膜的夹角为90度，保证光源最大程度被接受，其他角度会受到散射光的影响。

12、作为一种优选的实施方式，所述激光光源与所述光电转换器件之间设置有挡板，从而防止激光光源的发射光通过滤光片进入光电转换器件内影响检测效果。

13、作为一种优选的实施方式，所述二氧化碳探测室上设置有检测口一2，所述检测口一2与所述比色皿相连，用于二氧化碳气体的显色检测；所述二氧化碳探测室上还设置有检测口二3，所述检测口二3与所述印刷电路板垂直相连，用于二氧化碳气体的荧光检测；所述检测口一和检测口二中心均设置有密封圈，所述密封圈位于检测器一和检测器二与光纤中间。

14、作为一种优选的实施方式，所述光电转换器件选自光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电池或电荷耦合光电检测器。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明提供了一种二氧化碳传感器，采用水凝胶膜包埋荧光探针以及水凝胶膜包埋酸碱指示剂分别制成二氧化碳荧光敏感膜和二氧化碳显色敏感膜，所述二氧化碳荧光敏感膜和二氧化碳显色敏感膜能够吸附混合气体中二氧化碳气体，与其他气体分离开来，利用co2气体对荧光染料hpts具有荧光猝灭效应以及co2气体能使溴麝香草酚蓝由蓝变绿再变黄的原理对二氧化碳气体进行检测。当co2气体通过所述第一进气管进入所述二氧化碳探测室，并被所述二氧化碳荧光敏感膜吸收，所述激光光源的发射光投射至所述二氧化碳荧光敏感膜产生发射荧光，并通过所述滤光片进入所述光电转换器件进行检测，所述重量传感器用于记录二氧化碳荧光敏感膜上co2的吸收量；当co2气体通过所述第二进气管进入到所述二氧化碳探测室内，并被所述二氧化碳指示剂敏感膜吸收，通过观察二氧化碳指示剂敏感膜的颜色变化来判断对co2的吸附。本发明能够有效减少光传输的能量损失，具有荧光激发效率高、光能利用率高、荧光接收效率高和检测效率高的特点。本发明二氧化碳传感器集二氧化碳气体分离、富集、检测为一体，极大地简化了操作和仪器结构，有利于扩大仪器的应用范围，具有成本低、响应迅速、稳定性和重复性好等优点，易于实现传感器的微小型化，能实时在线连续检测气体中的二氧化碳。

技术特征：

1.一种二氧化碳传感器，其特征在于，包括：激发光源(16)、二氧化碳探测室(8)、第一进气管(4)、荧光探测组件、第二进气管(5)、显色探测组件；所述荧光探测组件和显色探测组件均设置于所述二氧化碳探测室(8)内；所述第一进气管(4)和第二进气管(5)均设置于所述二氧化碳探测室(8)上并与所述二氧化碳探测室(8)连通；

2.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述激光光源(16)的发射光与所述二氧化碳荧光敏感膜(11)的夹角为45度。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述载体(15)为石英材质，所述载体(15)与所述印刷电路板(14)夹角为45度。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述二氧化碳荧光敏感膜(11)与所述光电转换器件(13)接受光路的中心线夹角为45度，保证发射的荧光能最大程度的被光电转换器件接收。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述二氧化碳荧光敏感膜(11)的制备方法具体为：准备浓度为1x10-7的hpts溶液、质量分数为5％的uio-66/go水溶液与聚乙烯醇一起溶解在二甲基亚砜与水组成的混合溶剂中，采用涂抹的方式成膜后放在纯水中，静置即得。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述二氧化碳指示剂敏感膜(9)的制备方法具体为：将浓度为1x10-7的hpts溶液、ph为8的溴麝香草酚蓝溶液、质量分数为5％的uio-66/go水溶液和聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜与水组成的混合溶剂中，于低温下冷却即得。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述激光光源(16)的发射光与所述二氧化碳指示剂敏感膜(9)的夹角为90度。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述激光光源(16)与所述光电转换器件(13)之间设置有挡板(12)。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述二氧化碳探测室(8)上设置有检测口一(2)，所述检测口一(2)与所述比色皿相连，用于二氧化碳气体的显色检测；所述二氧化碳探测室(8)上还设置有检测口二(3)，所述检测口二(3)与所述印刷电路板(14)垂直相连，用于二氧化碳气体的荧光检测。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光电转换器件(13)选自光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电池或电荷耦合光电检测器。

技术总结
本发明公开了一种二氧化碳传感器，属于二氧化碳气体检测技术领域，采用水凝胶膜包埋荧光探针以及水凝胶膜包埋酸碱指示剂分别制成二氧化碳荧光敏感膜和二氧化碳显色敏感膜，利用CO<subgt;2</subgt;气体对荧光染料HPTS具有荧光猝灭效应以及CO<subgt;2</subgt;气体使溴麝香草酚蓝由蓝变绿再变黄的原理对CO<subgt;2</subgt;气体进行检测。本发明有效减少光传输的能量损失，具有荧光激发效率高、光能利用率高、荧光接收效率高和检测效率高的特点。本发明二氧化碳传感器集CO<subgt;2</subgt;气体分离、富集、检测为一体，极大地简化了操作和仪器结构，有利于扩大仪器的应用范围，具有成本低、响应迅速、稳定性和重复性好等优点，易于实现传感器的微小型化，能实时在线连续检测气体中的二氧化碳。

技术研发人员：熊艳,欧千慧,何德勇,袁盛力,杨德莲,方洁
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7