空气中丙酮检测.docx

空气中丙酮的检测前言丙酮物理性能为:分子量58,比重0.791,沸点56.2C,熔点一95.4C,20C时蒸汽压24.1kPa,蒸汽相对密度2.0,闪点一9.4C(杯),爆炸极限2.5%一12.8%。常温时液态具挥发性,与水和其他有机剂完全混溶,无色.有特殊甜味。吸人高浓度(约1000ppm),对鼻腔和咽喉有轻微的刺激,极高浓度下(大于10000ppm)可能造成头疼虚弱、困倦、恶心、酒醉感及呕吐。丙酮在工业中有着广泛的应用。可以作为很多有机物质的良好溶剂,比如:石油、石蜡、树脂、橡胶、塑胶、油漆等。同时由于其价格便宜,又能与水混溶,也常用作萃取剂。另外,它在化学合成中又是一种重要的原料,可以用来合成甲基异丁基酮、异亚丙基丙酮醋酸、二酮醇等川。此外,丙酮还是动物体物质代谢的一种产物,其浓度可以反映生物体的机体状况。机体中的丙酮浓度过高可以引起酮中毒。由此看来,对丙酮气体的检测很有必要性。此前对丙酮气体的定量检测方法主要有:气相或液相色谱法、分光光度计法、石英晶体微量秤法、光寻址电位传感器(LAPS)法叫和光纤传感器法圈等。这些检测方法检测成本比较昂贵,传感器的制备方法复杂。氧化物半导体气敏传感器,由于其灵敏度高、响应快、体积小、能耗与成本低、操作简单等特点,广泛地应用在对各种目标气体的检测上。在最近几年里,国内外对丙酮半导体材料的研究取得了一些进展。丙酮气敏传感器的应用丙酮气敏传感器可以在众多领域内发挥重要的作用。在工业及公共安全中的应用:丙酮气敏传感器可以监测环境中丙酮气体的泄漏,对于有可能造成的安全和人身健康方面的重大危害做出报警。在医学上的应用:诊断和监测糖尿病和酮酸中毒症。糖尿病患者,脂肪酸氧化作用的速度增加,促使肝脏制造酮体,而丙酮是酮体代谢的最终产物,大量酮体产生时,体内的碱被消耗,造成酮酸中毒。血液中的丙酮通过多孔的血管壁,混于交换气体中,因此患者呼出气体中丙酮的浓度必定与血液中丙酮的浓度成正比，如图l所示。通过对人呼出气体中丙酮气体浓度的检测,可以起到诊断和监测病情的目的困。在畜牧业中的应用:通过对乳牛呼气中的丙酮气体浓度的检测.可以监测乳牛的健康状况。对于情况不好的牛只可以及时采取措施治疗。在食品质量检测中的应用:通过对肉类食品挥发的气体中丙酮浓度的检测来评价食物的保鲜状况氧化物半导体丙酮气敏材料及特性多种氧化物及复合氧化物可以作为检测丙酮气体的敏感材料,而且通过掺杂改性还可以实现对基质材料性能的调控。这使得氧化物半导体气敏传感器材料有着丰富的选择和优化余地。ZnO基丙酮敏感材料匡。纯的ZnO烧结体对丙酮仅有微弱的敏感性,经过其他金属离子的掺杂后敏感性有很大的改善。掺杂电负性高的酸性金属离子W6+和Mo6+,有利于提高对丙酮的灵敏度。工作温度为500C时,WO3-ZnO和MoO3-ZnO对浓度为20ppm的丙酮气体的灵敏度可以达到60左右。WO3-ZnO和MoO3-ZnO的响应时间不长于30s,恢复时间在20s之内。响应恢复特性如图2所示。灵敏度随丙酮气体浓度呈线性递增变化,如图3所示,有利于应用在丙酮气体的定量检测中。同时,还具有良好的选择性和抗外来气体干扰的能力,对正己醛、甲基毗嚓其他气体的灵敏度都比较低。氧化物半导体丙酮气敏材料敏感机理半导体陶瓷的气敏特性,大多通过待测气体在陶瓷表面的附着、产生某种化学反应(如氧化、还原反应)、于表面产生电子的交换(俘获或释放电子)等作用来实现的。以n型氧化物半导体为例:暴露在空气中的氧化物陶瓷,通常会出现氧的吸附。这个过程中,存在空气中的自由氧02、物理吸附氧02、化学吸附氧O2-和O、晶格氧02的平衡。化学吸附的过程:1/2O2+e-=O-是自由氧从氧化物表面抽取电子过程,形成受主态及表面负空间电荷。促使能带上弯而形成肖特基势垒并出现电子耗尽层,形成表面的高阻态。吸附氧和待测气体分子或其分解中间产物反应,又会释放电子,使得表面电阻下降。从而实现从电阻信号的变化上来检测待测气体种类及其浓度。这种表面过程在不同的半导瓷及不同的气氛中作用不尽相同,大多与陶瓷表面氧原子(离子)的活性(结合能)的情况密切相关。工作原理及其参数。工作原理图工作参数灵敏度S=Ra/Rg-Vg/Va（对n型半导体）Ra气敏元件在洁净空气中电阻值Rg气敏元件在实测气体中电阻值Va气敏元件在空气中负载电阻输出电压Vg气敏元件在实测气体中负载电阻输出电压分辨率a=(Vg-Va)/(Vgi-Va)或者(Ra-Rg)/(Ra-Rgi)式中Ra、Rg、Va、Vg同上Vgi气敏元件在与测定气体同浓度的I气体中检测时负载电阻输出电压温度T电压V电阻R温度T灵敏度S结语随着社会的发展和人民生活水平的提高,人们对安全、健康和环境保护的要求日益强烈。很多领域需要对低浓度丙酮气体进行高精度的检测。氧化物半导体以其灵敏度高、体积小、能耗与成本低、操作简单等特点,在丙酮气敏传感器的应用中发挥重要作用。在深化氧化物半导体和气体分子相互作用过程研究的基础上,通过有效掺杂,优化材料组成,改进和创新制备方法和工艺,引人催化剂进行表面修饰等,可以提高和改善材料对丙酮气体的灵敏度、检测精度、选择性和稳定性。参考文献魏文德