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武汉甲醛检测分析开发出可检测甲醛的小型传感器研究过程
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武汉甲醛检测

时间 : 2021-08-11 18:15 浏览量 : 697

武汉甲醛检测 与 AIST 合作开发了一种小型传感器,可以持续监测导致病态建筑综合症的甲醛。过去,每次测量都需要更换检测标签,但可以通过开发一种传感器材料来实现连续监测,这种材料在暴露于甲醛时会改变其电导率,并在清洁空气中恢复其电导率。通过与智能手机等结合,有望实现不断检测甲醛气体产生的系统。

用作建筑材料防腐剂的甲醛存在危害健康的问题(病房综合症),也被怀疑具有致癌性。因此,世界卫生组织建议将室内甲醛浓度保持在 0.08 ppm 以下(注:1 ppm 代表百万分之几)。但是检测甲醛需要昂贵的大型设备,小设备每次测量都需要更换检测标签,连续监测存在问题。

武汉甲醛检测分析开发出可检测甲醛的小型传感器研究过程

武汉测甲醛开发了一种传感器材料,可以使用纳米材料之一的碳纳米管重复检测甲醛。具有半导体特性的碳纳米管可响应酸性气体而增加其导电性。甲醛本身是中性的,但通过与甲醛反应时产生极少量酸性气体的物质结合,碳纳米管的电导率发生变化,即可检测出甲醛。当用欧姆表测量电导率的变化时,甲醛的检测限在 0.016 ppm 处极为敏感,传感器可以通过清洁空气去除酸性气体而重复使用。

通过将这种传感器材料与两个 LED 相结合,我们制作了一个小型设备的原型,该设备可以不断监测甲醛的产生。只有一个 LED 连接到传感器材料,当传感器暴露在甲醛中时,它变得更导电,所以只有一个 LED 增加了它的亮度。通过比较两个 LED 的亮度,我们能够检测到 0.9ppm 的甲醛浓度。
一个不断监测甲醛生成的原型小型设备的照片

这次开发的传感器材料可以很容易地集成到智能手机等通用电子设备中,因此通过融合传感器和信息通信技术,一个安全可靠的社会可以远程实时检测甲醛气体的产生。希望能为建设做出贡献。

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武汉甲醛检测告诉你小型传感器的研究背景
 
甲醛被用作建筑材料的防腐剂,但问题是建筑材料释放的蒸汽会危害健康(病房综合症)。甲醛也被怀疑是致癌的。因此,世界卫生组织将室内甲醛浓度设定为0.08。建议将其保持在ppm (1) 以下。

市面上有检测甲醛的传感器,使用化学反应变色,但很多需要昂贵且大型的设备,或者每次测量后都需要更换检测标签,连续监测甲醛存在挑战。使用这种类型的传感器时,每次都需要进行手动测量,以检查是否存在有害物质。如果在意外情况下产生有害物质,则存在长期接触有害物质的风险。因此,需要一种能够随时自动监测有害物质并在检测到有害物质时通知危险的传感器。

被称为纳米材料之一单壁碳纳米管(2)是作为类半导体和金属性质的混合物合成的,但可以将半导体类型和金属类型分开。由于半导体型单壁碳纳米管的导电性随酸性或碱性物质发生显着变化,因此有望用作小型化学传感器。然而,由于甲醛是中性分子,几乎不会改变半导体型单壁碳纳米管的导电性,因此没有报道使用单壁碳纳米管的甲醛传感器具有实用性能。

武汉甲醛检测机构分析研究内容和结果
 
本课题组重点研究了甲醛蒸气(HCHO)与盐酸羟胺(NH 2 OH∙HCl)反应生成盐酸气体(HCl)的化学反应。产生的少量盐酸气体剥夺了半导体型单壁碳纳米管的电子并增加了它们的导电性。当用清洁空气去除盐酸气体时,半导体型单壁碳纳米管的导电性恢复。因此,可以通过测量由半导体型单壁碳纳米管桥接的电极之间的电阻值来量化甲醛。

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详细检查的结果发现,将盐酸羟胺和半导体型单壁碳纳米管间隔排列,而不是直接混合,可以获得良好的甲醛响应。甲醛蒸气与盐酸羟胺的反应是不可逆的,但几毫克的盐酸羟胺与甲醛的ppm浓度相比是过量的,因此反应甲醛蒸气时会产生极少量的盐酸气体。并且传感器可以长时间重复使用。

当用欧姆表精确测量电导率的变化时,本次获得的传感器在接近实际使用的气氛(空气中、在空气中。在22°C和36%的湿度下能够被检测到。检测限为 0.016 ppm,非常灵敏。

相对于甲醛的电导率变化率 (0.05-6.7 ppm)。
 
此外,该传感器对甲醛显示出高选择性,而 0.19 ppm 甲醛可使电导率增加约 12%,而水蒸气、甲醇蒸气、甲苯蒸气等数百至数千 ppm 的电导率仅降低 1- 7%。换言之,该传感器可以说对甲醛具有极高的选择性和判别能力。

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武汉甲醛检测公司告诉你对甲醛和其他蒸气的响应比较
 
通过将这种传感器材料集成到仅由电池、发光二极管和固定电阻组成的简单电子电路中,我们还制作了一个可以持续监测甲醛的小型设备的原型

将用盐酸羟胺改性的传感器和固定电阻并联,并分别连接发光二极管。传感器的初始电阻值设置为20 kΩ左右,与固定电阻相同。在传感器接触甲醛之前,两个发光二极管的亮度看起来是一样的。当传感器暴露在甲醛中时,传感器的电导率增加,从而增加了与传感器相连一侧的发光二极管的亮度。

换句话说,如果两个发光二极管的亮度存在差异,则表明存在甲醛。通过设计电路,我认为可以使蜂鸣器发声并无线传输信息。这个简单的设备能够检测到超过 0.9 ppm 的甲醛。

我们希望它对医疗场所和工厂等经常处理甲醛(或福尔马林溶液)的工作场所的员工健康管理有用。我们也相信,通过进一步提高传感器材料的灵敏度,我们将来能够达到世界卫生组织设定的标准值(0.08 ppm)。

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