二氧化氮傳感器的發展方向
二氧化氮 ( NO2)氣體是一種強毒性氣體,主要來自汽車和煉油廠燃燒產生的廢氣,是引起酸雨、光化學煙霧以及腐蝕等環境問題的工業污染物之一;NO2氣體對呼吸道有強烈的刺激作用,嚴重時造成肺損害甚至肺水腫。隨著工業的高速發展,NO2氣體的工業污染問題日益突出,對 NO2的監測也越來越受到關注。
用于NO2監測的儀器主要有基于光學方法如薩茲曼 ( Saltzman)法、化學發光法的分析儀器。這些儀器雖然能夠給出精確的分析數據,但是它們多為大型分析儀器,運行成本高并需要日常維護,不適合室外監測,最有前途的方法是使用氣體傳感器監測NO2,NO2傳感器具有體積小、成本低廉等特點,能夠簡便快速地監測大氣中NO2,易實現分析儀器的自動化和微型化。
在我國,NO2的主要生產源——汽車,它每年以20%的速度增長,使得NO2氣體傳感器的研制更加緊迫重要。目前的NO2氣體傳感器,有用無機物特別是金屬氧化物作敏感材料的,更多的則以有機物如酞菁類化合物、芳香胺類物質作敏感物質;當由這些物質所制成的敏感膜暴露于NO2氣體中,NO2 擴散進入膜內發生反應,導致傳感膜的電極電勢或電流、電導率或光譜行為的變化。上述變化可以通過叉指電極、石英晶振或表面聲波振蕩傳感器以及光纖傳感器進行采集和處理,從而獲得所檢測的NO2濃度信息。
現有的NO2化學傳感器多為根據電學原理或測量電學信號而研制成,易受電極電勢、溫度等操作條件以及CO2、H2O等共存氣體的影響,不易選擇性地將NO2從氮氧化物中檢測;性能優良的NO2氣體傳感器要求能夠進行原位、實時監測,以便于氣體排放過程的管理控制。光纖二氧化氮氣體傳感器不僅具有不受電磁干擾、可進行原位實時監測的優點,還可以實現儀器的微型化、遠距離遙測。對大多數光纖傳感器而言,最常遇到的問題是缺乏對分析物高選擇性的識別能力,這一問題往往會限制光纖傳感器的應用,甚至使得許多光纖傳感器無法實用化。開發具有對NO2高選擇性、高靈敏度的傳感試劑,研制對惡劣環境 (高溫、高壓、腐蝕和強放射性環境)有較強適應性的NO2光纖化學傳感器,用于新型環境污染物自動監測網絡的建立、生產過程和化學反應的自動控制、遙測分析等,將具有十分廣闊的應用前景。