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硫化氢各种探测器和纳米技术在硫化氢传感器中的应用

文章出处:如特安防 人气:发表时间:2018-10-17 13:38:55

    硫化氢中毒,可使用传统探测方法检测预防,和各种硫化氢探测报警器等设备来检测预防:配置电化学式、金属氧化物半导体、光学传感技术、纳米增强金属氧化物等传感器的探测报警器。最近,纳米技术已经通过测试来检测空气中的硫化氢(H2S)。

传统检测方法

    纸条插入醋酸铅,已普遍用来测量空气中H2S含量。这个方法已改进,在氯化汞或硝酸银里浸透纸张。氯化汞浸的纸条测量空气中硫化氢,是敏感的、可靠的,敏感度在0.7 µg/L。硝酸银浸渍的纸条,适合检测的硫化氢浓度在0.001–50 ppm。电位滴定,用硫化物离子选择电极作为一个指示器,已用于测量空气中的ppb浓度的硫化氢。这个方法已证明有很好的准确度和精度。Passive卡监测已用来检测工区环境中硫化氢。工人呼吸区佩戴的徽章,基于接触有毒气体改变颜色,也检测硫化氢。徽章硫化氢的检测敏感度在10ppm/10分钟,色彩变化区间从白到黄,揭示H2S存在。测量硫化氢,别的比色法,包括手持式比色管。空气通过管吸入,硫化氢与化学试剂反应,致颜色变化。

电化学传感器

    电化学和金属氧化物传感器是最常用于检测硫化氢浓度的。它们由扩散式叠层(多孔的,气体可通过,液体不行),酸性电解液储层(通常是硫酸或磷酸)、传感电极、反电极、第3参照电极(3电极设计)组成。扩散进入传感器的气体在传感电极表面反应,电极表面催化特定反应。气体不是被氧化,就是在传感电极表面减少,取决于传感器和被测量的气体。反应引起传感电极电位提高或降低,有反电极作参照。产生的电流,与参与反应气体的量成正比。两电极检测原理, 假设反电极的电位保持不变。实际上,在每一电极表面反应导致它们两极分化,且明显地限制它们所能测量的反应气体的浓度。在3电极设计模式中,参照电极被屏蔽任何反应,因此,保持一个常量电位,并提供一个真实比照点。这种安排,传感电极电位的变化是单独随反应气体浓度变化。

金属氧化物半导体传感器

    金属氧化物半导体(MOS)传感器,改变传感元件的温度,能改变它的敏感性。金属氧化物半导体传感器设计针对广泛的毒性范围,助于对出现的未知有毒气体浓度的检测,足够用来检测一个简单污染毒物的存在与否。传感元件对特定气体的敏感性是可精确预测的,所以一个通用策略是使用一些的推理得到的特异反应曲线,预编程仪器。

光学传感技术

    光学H2S探测器,使用的操作原理,类似光学烃类探测器,用于工业应用现场验证溶液。光学H2S传感器中,当H2S气体通过传感器光路时,H2S气体产生吸收光谱信号。传感器记录吸收光谱,并由一个微型处理器来计算相应的气体值。

纳米技术检测方法

    纳米技术,它初期在油气工业,能提供更精确的H2S读数,比传统方法使用更少的能量。
    金属氧化物
    纳米材料,特别是金属氧化物,已经开发用于传感应用,因为它们有大的表面积与体积比率,增强电子特性表面反应和吸收效果。另外,消耗较小的电,纳米材料能被加热到高温。研究已证实氧化钨纳米材料很适合制作硫化氢传感器。传感器必须加热,以得到足够的敏感性和反应时间。科学家开发出热脉冲微型加热器,经过持续加热到300°C能数秒内响应,室温下超过500次的反应量,能耗特别小。
    纳米增强金属氧化物
    纳米增强金属氧化物(NE-MOS)结构,已有效地应对传统MOS传感器的挑战。纳米增强金属氧化物传感器的操作原理和外观,跟传统MOS传感器是一致的,但是NE-MOS传感器得力于机械式传感元件阵列,称为“纳米管”,应用于电阻薄膜(完美对准的、对称的和极为集中的)。纳米增强材料提高总的传感能力,快速反应和更高的稳定性。
放大显示的纳米管
放大显示的纳米管

    由于设计先进,纳米增强金属氧化物(NE-MOS)传感器,在某些应用中比电化学式和传统MOS传感器反应快。纳米增强金属氧化物响应时间是T50(即,探测到气体从零到达最终读数50%处的时间):10秒。达到T90,大约在15秒内。最新的设计,已能够包括电子温度和湿度补偿, NE-MOS检测器有效工作,甚至在极端气候条件下。

纳米报告器

    莱斯大学(Rice University)科学家开发出纳米探测器,来分析原油中硫化氢含量,检测和避免高硫原油——原油中H2S浓度1%或更高——对员工有毒,且腐蚀管道和运输容器。纳米报告器,基于最初由俄勒冈大学(University of Oregon)化学家开发的探针,测试H2S在生物和水样中的含量,使用热稳定的、可溶的、具有荧光特性的高流动性炭黑,随H2S而改变。极少量使用分光仪分析,来测定浓度。添加聚乙烯醇(PVA),稳定纳米报告器温度在100°C。因为检测方法是敏感的,大量的纳米报告器不需要向下打眼抽出气样,员工检测操作更简单。


本文编译自:petrowiki.org

相关文章:美国劳工部关于硫化氢(H2S)中毒症状的说明

 

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    本文标签字:光学传感器    硫化氢检测器    金属氧化物传感器    电化学式传感器材    纳米增强金属氧化物传感器   

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