專利名稱：甲醛傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種甲醛傳感器，具體涉及一種電化學甲醛傳感器，主要 用于檢測空氣中游離態的曱醛。
背景技術：
曱醛是一種毒性很大的氣體，在有毒化學品優先控制名單上高居第二位。 曱醛對人體呼吸道粘膜和皮膚有強烈的刺激作用，吸入過量的曱醛可導致流
淚、流弟、咳嗽等癥狀，并引發呼吸道疾病。室內空氣中甲醛濃度達到0.06~ 0.07mg/m3時，兒童就會發生輕微氣喘；達到0.1mg/m3時，就有異味和不適感； 達到0.3mg/m3時，可刺激眼睛，引起流淚；達到0.6mg/m3時，引起咽喉不適 或疼痛；濃度更高時，可引起惡心嘔吐，咳嗽胸悶，氣喘甚至肺水腫；達到 30mg/m4t,會立即致人死亡。長期接觸曱醛常會引起呼吸道疾病、鼻炎癌、 結腸癌、月經紊亂、白血病、智力和記憶力下降等，對兒童、孕婦、老人的傷 害更為嚴重。曱醛已經被世界衛生組織確定為致癌和致畸形物質，是公認的變 態反應源，也是潛在的強致突變物之一。
國家衛生標準中， 一類民用建筑室內曱醛最高限值為0.08mg/m3。目前對 空氣中游離態曱醛的檢測主要有實驗室分光光度法和現場快速檢測-曱醛傳 感器法。
實驗室分光光度法全過程包括現場采樣—對采集的樣品進行前處理—用 分光光度計和曱醛標準溶液求得標準曲線—用分光光度計測量樣品吸光度— 通過計算和統計分析求取采樣地點的曱醛濃度。該方法的缺點是(1)費時， 完成一次檢測一般需要6-8小時；(2)過程多而復雜，人為因素介入較大， 每個環節的失誤都可能造成該次檢測的失敗；(3)非實時檢測，不符合對突發 事故進行快速應急檢測的要求。
現場快速檢測-甲醛傳感器法。現場快速檢測是采用基于曱醛傳感器的電 子測量儀器的方法。目前見諸于文獻報道的曱醛傳感器主要有以下幾種
(1)曱醛半導體傳感器，采用如Sn02, Ti02等金屬氧化物半導體，使還 原性曱醛氣體與半導體表面接觸時，與表面吸附的氧氣發生反應，降低晶粒間 接觸勢壘，用半導體電導率的變化感知曱醛濃度的變化。該類傳感器靈壽l度和 恢復-響應特性還可以，但選擇性差，曱醇、乙醇、苯、曱苯、硫化氫、氨氣、 酒精、液化氣、汽油對其有顯著干擾。
3(2) 硅膠-熒光曱醛傳感器，選擇性較好，線性響應也較好，但其恢復-響應特性和靈敏度都有待進一步提高。可用于定性和半定量的可視化的檢測甲醛。
(3) 表面聲波曱醛傳感器，現有的表面聲波曱醛氣體傳感器受溫度、濕度 影響較大，要進行溫度、濕度補償；并且選擇性和靈敏度都不高。
(4) 氣體分子篩曱醛傳感器，因其選擇性，靈敏度和恢復-響應特性都不 佳，目前還在進一步研究階段。
(5) 電化學曱醛傳感器，原理為曱醛分子與傳感器中電介質在電極上發生 氧化還原反應過程中發生電子轉移，在外電勢作用下形成電流。目前商品化的 以電化學傳感器的曱醛檢測儀有由英國PPM技術有限公司；由美國InterScan 公司提供的4160，美國Environmental Sensors公司提供的Z-300。國內也有用 英國First Technology生產的乙醛傳感器生產出曱醛檢測儀。這些儀器中傳感 器本身存在著檢測下限不夠(0.05ppm),分辨率不夠(O.Olppm),選擇性差， 易受干擾。
發明內容
本實用新型提供一種曱醛傳感器，目的是解決現有電化學曱醛傳感器存在 的選擇性差，分辨率不高的問題。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是 一種曱醛傳感器，包括 殼體和曱醛傳感器芯體，殼體上設有進氣口和出氣口，殼體內在進氣口及出氣 口間阻隔設置曱醛傳感器芯體，所述曱醛傳感器芯體由第一氣體擴散層、曱醛 催化反應層、鉑金屬陽極層、氫離子通道層、鉑金屬陰極層、抗濕度干擾層和 第二氣體擴散層依次層疊構成，所述進氣口位于第一氣體擴散層的一端，出氣 口位于第二氣體擴散層的 一端。
上述技術方案中的有關內容解釋如下
1、 上述方案中，第一氣體擴散層和第二氣體擴散層是使指從進氣口和出氣 口進入曱醛傳感器的氣體在曱醛催化反應層和抗濕度干擾層表面均勻分散， 從而使曱醛與電解質的反應充分快速，縮短曱醛傳感器的響應時間。
2、 上述方案中，曱醛催化反應層采用耐熱、耐腐蝕、機械強度高的聚四氟 乙烯多孔通透膜材料，在聚四氟乙烯多孔膜內填充顆粒直徑在納米級的含鉑石 墨粉和電解質(曱酸)的混合膠體，鉑作為曱醛與電解質發生氧化還原反應的 催化劑，曱醛在甲搭催化反應層中發生氧化反應。
3、 上述方案中，鉑金屬陽極層和鉑金屬陰極層采用圓形平面電極。4、 上述方案中，抗濕度干擾層釆用具有導電性能的聚苯胺高分子材料，可 顯著降低空氣中的從甲醛傳感器出氣口進入的水蒸汽的干擾。
5、 上述方案中，電極化學性能的穩定性直接與傳感器工作性能穩定性有關；
電解質和催化劑性質與選捧性，最小檢出限，響應時間等有關；通透膜性能與 靈敏度，響應時間等有關；封裝的密封性與傳感器工作性能穩定性有關。 本實用新型工作原理是
電化學曱醛傳感器工作原理被測游離態甲醛分子在傳感器內電介質中通 過催化劑的作用和水分子在電極上發生氧化還原反應，引起電子的轉移，形成 與被測曱醛濃度成正比的電極電流。
曱醛在陽擬j皮氧化HCHO + H20 — C02 + 4H+ + 4e+
傳感器的電流輸出與被測氣體的濃度之間的關系由下述方程式確定
Id = nFPmACi/(VtS)
式中Id傳感器輸出的與曱醛濃度相關的電流；
Ci曱醛的濃度；
n甲醛與與電解質反應相關的一個常數;
F法拉第常數；
Pm通透膜對曱醛的通透系數；
S通透膜膜厚度。
A工作電4及的截面積；
Vt與溫度有關的修正系數.
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點
1、 由于本實用新型采用化學性能十分穩定，純度達99.999%的鉑金屬做陽 極，提高了甲醛傳感器工作穩定性。
2、 由于本實用新型采用具有導電性能的聚苯胺高分子材料涂覆在鉑金屬陰 極層的表面，可顯著降低空氣中相對濕度的干擾。
3、 由于本實用新型采用耐熱、耐腐蝕、機械強度高的聚四氟乙烯多孔通透 膜作為當曱醛氧化還原過程中產生的H+的通道。在聚四氟乙烯多孔膜內填充 顆粒直徑在納米級的含鉑石墨粉和電解質(曱酸)的混合膠體，鉑作為曱醛氧 化還原反應的催化劑，有效提高響應時間，Tm《10秒。
4、 由于本實用新型采用圓形平面電極(有效面積為650 750平方毫米)， 可保證足夠靈敏度，同時減小傳感器整體體積。
附圖1為曱醛傳感器芯體。
以上附圖中1、第一氣體擴散層；2、曱醛催化反應層；3、鉑金屬陽極層； 4、氫離子通道層；5、鉑金屬陰極層；6、抗濕度干擾層；7、第二氣體擴散層。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述 實施例一甲醛傳感器
參見附圖l所示， 一種曱醛傳感器，包括殼體和曱醛傳感器芯體，殼體上 設有進氣口和出氣口 ，殼體內在進氣口及出氣口間阻隔設置曱醛傳感器芯體， 所述曱醛傳感器芯體由第一氣體擴散層1、曱醛催化反應層2、鉑金屬陽極層 3、氫離子通道層4、鉑金屬陰極層5、抗濕度干擾層6和第二氣體擴散層7 依次層疊構成，所述進氣口位于第一氣體擴散層1的一端，出氣口位于第二氣 體擴散層7的一端。
曱醛傳感器可達到以下技術指標
最小檢測限和分辨率0.001 mg/m3;比現有電化學曱醛傳感器分辨率提高 一個數量級。
選擇性對曱醛響應為100%;對其他氣態干擾物的響應《5%。
靈敏度>2nA/(mg/m3);比現有電化學曱醛傳感器靈敏度提高3 - 5倍。
零位漂移接近0;
在相對濕度10%-95。/。RH范圍，濕度的干擾對曱醛傳感器干擾<5%;目 前一般認為濕度對曱醛傳感器的影響達為30-40%
外形尺寸35 x 35 x 5mm,重量25g，實現了微型化。
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用 新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵 蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種甲醛傳感器，包括殼體和甲醛傳感器芯體，殼體上設有進氣口和出氣口，殼體內在進氣口及出氣口間阻隔設置甲醛傳感器芯體，其特征在于所述甲醛傳感器芯體由第一氣體擴散層、甲醛催化反應層、鉑金屬陽極層、氫離子通道層、鉑金屬陰極層、抗濕度干擾層和第二氣體擴散層依次層疊構成，所述進氣口位于第一氣體擴散層的一端，出氣口位于第二氣體擴散層的一端。
專利摘要一種甲醛傳感器，包括殼體和甲醛傳感器芯體，殼體上設有進氣口和出氣口，殼體內在進氣口及出氣口間阻隔設置甲醛傳感器芯體，所述甲醛傳感器芯體由第一氣體擴散層、甲醛催化反應層、鉑金屬陽極層、氫離子通道層、鉑金屬陰極層、抗濕度干擾層和第二氣體擴散層依次層疊構成，所述進氣口位于第一氣體擴散層的一端，出氣口位于第二氣體擴散層的一端。本實用新型具有分辨率高，檢測下限低，選擇性高和受空氣中相對濕度的干擾小的優點。
文檔編號G01N27/407GK201340407SQ20092014155
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月19日 優先權日2009年1月19日
發明者張思福 申請人:蘇州斯坦福生物科技有限公司