文摘

光化电离探测器被调的结构以及研究。为了解决这个问题光化电离检测器的灯表面残留干扰,采用新结构的自洁double-UV探测器。同时,探测器的空气流场的有限元模拟方法。通过分析模拟实验的结果,进一步优化灵敏电流计的气体通道,和电离室轴流结构的最终选择。新的纳米材料,氧化石墨烯被用来修改探测器的收集器板表面来提高气体敏感性和光电探测器的灵敏度。通过实验分析,探测器的性能指标作了详细阐述。最低检出限的探测器 。线性检测器的响应进行了分析,线性相关系数达到0.993。实验结果表明,double-UV探测器可以提高整体的气体传感的特点,提供了一个理想的检测单位对挥发性有机化合物(VOC)气体检测。

1。介绍

挥发性有机化合物(挥发性)是空气污染的一个重要组成部分和量化空气污染的一个重要指标。的沸点的挥发气体是50°C - 260°C,和它的饱和蒸汽压通常在室温超过133.32 Pa。根据其化学结构,挥发气体大致可以分为烷烃、芳烃、酯类、醛类等1,2]。他们广泛存在于大气、水和土壤。一方面,他们对环境造成严重的污染3];另一方面,他们严重危害人们的身心健康。因此,挥发气体的检测在环境保护尤为重要。本文主要研究光化电离检测器(PID) (4),挥发气体检测的核心组件,为主要对象进行理论和实验研究。

根据micro-PID VOC检测的要求,是利用MEMS技术制作的。不同类型的微通道的设计。不同的物理和化学参数的影响实验研究。影响效率的关键参数等微通道的载气压力(5),温度和流量,实验调查。

石墨烯属于二维材料的类别,在比表面积有显著的优势,与活性炭相比物理吸附。在实验室里,这种材料通常是通过化学气相沉积等方法。石墨烯氧化物(去)具有大的比表面积,但其结构不完善与本征石墨烯相比,主要反映在未成对电子,所以它可能会结合气体分子(6]。除此之外,有很多含氧官能团的微观结构,这就是为什么它有巨大的比表面积和较强的吸附能力。因此,石墨烯具有伟大的挥发性有机化合物的仪器领域的发展的空间。它可以大大提高板表面的气体传感性能通过引入石墨烯电极的PID。

2。材料和方法

有一个紫外线电离源电离的气体分子电离检测器材料照片。PID在工作过程中,惰性气体的紫外灯PID兴奋在交变高频电场形成等离子体。通过释放光子,被测气体电离(7]。因此,电离室的反应有很大的影响在光化电离产生的光电流。其电离效率直接影响到气体浓度测定光电探测器。

传统的盏灯PID探测器基本上是分为一维结构和二维结构。轴流(图1(一)紫外灯)显示正交关系路径,气体通道,和收集板、和气体通道直径1.2毫米,决定和电极宽度是1毫米8,9]。为了提高离子化效率的光电探测器对气体和解决灯表面的自清洁的问题,一个新的structure-dual-lamp PID检测器。这盏灯之间的比较和dual-lamp探测器结构如图1。

传统的PID传感器盏灯结构采用三维正交结构,气体并不是在紫外线灯直接接触,使灯表面的污染,因为长期的使用在一定程度上。然而,当检测硫化和其他容易能吸附的气体很长一段时间,基线将上升和响应将会下降。当电离电位接近紫外线灯的电离能,电离效率明显降低。dual-lamp结构采用两个紫外线灯面临的结构。一方面,清洁灯表面的问题可以改善。另一方面,紫外灯的发光效率会直接影响传感器的性能。但有效的谱线很少,因此,电离效率可以增加当检测具有较高的气体的电离势。

确定dual-lamp PID的结构后,电离室的气体通道的结构进一步优化,仿真实验(10]。电离室的结构如图2(一个))。由于大体积的矩形电离区域的传感器和规模较小的进气口,凸结构将进入电离区域时形成的。因此,气路结构已得到改进。如图2 (b)),传感器的内部气路结构被处理的overimprovement锥减少气体的横截面积的突然改变电路结构内的电离室,确保电离室的内部,确保内部体积的电离室,也保证了传感器的性能。

通过理论分析和实验,我们知道,当一个矩形板是用来激发紫外线灯、紫外线灯发出一个线性光束垂直于两个电极盘子。当一个环板用于激发紫外灯,灯发出柱梁,其直径大约是灯的直径相同。光束的可用面积大,气体的测量室将完全暴露于紫外线。因此,产生强大的电流信号,紫外灯的效率提高,检测电流信号的难度降低。因此,气体通道设计中使用的电路仿真结果,如图所示3。

静电场的电场时,中性的电势能的计算表达式可极化的分子 (11),代表了静态分子极化率,代表分子的位置,和代表分子之间的径向和轴向动量和板,分别。由此,依赖平方反比的确定。有效电势能得到它的径向运动(12]

根据上面的公式,两种不同的离子运动模型可以判断,它们的大小密切相关和 。在的情况下 ,分子终于被氧化石墨烯层由于极化大于径向势能。否则,当 ,排斥势能径向的运动现象造成的古怪的势能就会发生,我们可以得出一个结论,分子是否会被盘子取决于板块之间的电压,而间接地决定了板电离效率。然后,电子隧穿电离概率公式的强场(13)来源于Ammosov-Delone-Krainov模型,即气体的电离效率公式: 在哪里是气体电离效率,电场强度,是所需的电离能气体电离。因为电离能是取决于类型的气体,气体电离效率只与电场的强度有关。电压越高,越高电离效率。PID的响应机理,基于石墨烯氧化物气体收集器是使用电场由nanotip的位置。本文结合电场效应,这显然可以提高临床上响应电压相等条件下,从而提高气体传感特性。因此,这种方法有利于气体检测(14,15]。

3所示。结果与讨论

质量流量控制器(MFC)被用来调整泵吸流,和体积流设置为50毫升/分钟(16),当系统是稳定的,背景气体相对稳定。低浓度注入(甲苯与500的体积分数盏灯传感器和dual-lamp传感器),分别为(17]。通过在临床上放大器处理后的反应,然后收集I / V转换后,具体结果如图4。

dual-lamp传感器的电压响应值 V,盏灯传感器的电压响应值 V。响应保证金 。通过实验,发现在低浓度气体检测、基线漂移的盏灯传感器更严重比dual-lamp传感器和基线稳定所需的时间长于dual-lamp传感器。基线返回零,稳定后,高浓度注射(甲苯2 ppm)的体积分数进行了盏灯传感器和dual-lamp传感器,分别。实验结果如图所示5。

dual-lamp传感器的电压响应值 V和这盏灯传感器 V。响应的区别是 。可以看出dual-lamp传感器的性能优于盏灯传感器在广泛(体积分数是500 ppb-2 ppm)。它可以明显改善传感器的灯污染所造成的干扰。

化学氧化的原理是将设置和氧化石墨与强氧化剂得到氧化石墨。这个产品的微观结构与功能组具有良好的亲水性,所以内部的层石墨效果降低。因此,强氧化剂可以摧毁每一层石墨之间的范德华力,然后让每一层独立的。在上述过程中获得的单层氧化石墨被放置在超声波环境下,由一个有机溶剂分离,最后一层。层石墨烯(18)溶液中溶解和稀释1毫克/毫升氧化石墨烯溶液,这是方便后续操作和治疗。然后,铜电极浸泡在挂钩12小时(5更易/ L的解决方案19)和干和氧化石墨烯溶液中浸泡5小时。挂钩的氨基的解决方案(20.)是结合羧基在氧化石墨烯溶液使氧化石墨烯坚持板的表面。根据不同浸泡时间,氧化石墨烯电极(21,22]浸泡1次,2次,3次被检测到,分别以500磅的异丁烯气体。结果表明,石墨烯oxide-covered电极可以有效改善传感器的气体传感性能,以及氧化石墨烯表面的板将更全面地随着浸泡时间的增加。在图所示的电压响应值6。

4所示。结论

的影响在本文中,盏灯和dual-lamp PID基础上的信号光致电离主要是讨论的原则,并优化了传感器板新纳米材料。根据传感器的原理模型,一个完整的dual-light离子化传感器结构模型成立。通过分析比较实验结果的高、低浓度甲苯、新的PID验证的性能改进。不同浸泡时间的氧化石墨烯电极进行了500磅的异丁烯和电极测定参数和属性,它提供了一种可靠的数据基础和经验的后续工作。从实验出发,推导出电压响应之间有良好的线性关系和PID对甲苯的浓度的测量范围0 ppm-8 ppm,和最低检出限是250磅。从实验得出的电压响应和浓度甲苯PID有很好的线性关系的测量范围0 ppm-8 ppm,和最低检出限是250磅。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者没有任何竞争的利益。

确认

这项工作是支持(部分)天津市自然科学基金资助下20 jczdjc00150和20 jczdjc00150。这项工作(部分)支持科学技术研究与发展计划拨款2020 kj118下天津的基础。