[发明专利]选择性检测苯气体的装置、用于获得该装置及检测其中伴随的气体的方法

说明书

技术领域

本发明的目的在于提供一种用于以ppb范围内的灵敏度选择性地检测苯气体的装置。具体地，本发明提供了一种用于检测苯气体的装置，该装置在环境温度下无论是否存在氧都是有用的，且易于操纵。

本发明还提供了一种获得或制造所述装置的方法，以及在存在其他干扰气体的情况下检测在苯气体很可能存在的环境（诸如化学工业、石化工业、加油站，或家庭、航空或研究应用）中的苯气体的方法。

背景技术

在现有技术中，有不同的基于光化离子检测器(PID）的检测苯气体的装置。然而，这些装置对于苯并不是完全选择性的，这是因为它们对其他气体和其他挥发性有机化合物(VOC)表现出敏感性。然而，苯的检测极限不小于100ppb。此外，例如在石化工业可能发生的，当存在其他干扰气体时，所述设备对几个ppb的浓度的苯不表现出选择性。

另一方面，已经公开了基于滞留除了苯之外的不同的气体的滞留管的装置。然而，苯气体的检测极限仍然是100ppb，且对于每次分析必须使用一个新的滞留装置。

已经公开了基于光学分析的用于检测苯的装置，该装置使用大量芯片作为化学传感器。这些芯片中的每一个芯片都包括10个毛细管或测量通道，毛细管或测量通道均填充有待分析的物质的一个专用试剂(specific reagent)。这些试剂在存在待检测物质的情况下变色，而颜色改变的强度提供了关于待检测物质的浓度的信息。然而，由于所使用的试剂，这些装置的成本高，且此外，只有在苯气体以200ppb数量级或更高浓度存在时才能以可靠的方式检测到该苯气体。

也已使用10.6-eV的紫外灯进行电离，执行实验室规模试验来检测处于较低浓度的苯气体，但至今仍未找到这样的装置，即，在有其他干扰气体存在的环境中且无论是否存在氧均能以工业规模运行在环境温度下以选择性检测苯的装置。

在收益方面，市售的装置可被用来以50ppb的精度检测0-200ppm范围内的苯。然而，这些装置仍然使用滞留管，具有上面提到的缺陷。

另一方面，还公开了基于碳纳米管的苯传感器。然而，当存在其他成分诸如干扰气体时，所建议的传感器对苯具有低敏感性。此外，所公开的基于碳纳米管的传感器只检测ppm数量级的浓度。

值得注意的是，所公开的装置要么是不可逆的（且因此对于每次分析或测量必须使用一个新的装置），要么是在被用于检测苯之后具有非常低的响应可逆性。

因此，尚未有运行在环境温度下且无论是否存在氧均可选择性检测在仅几个ppb范围内的苯气体的装置，该装置对于不同的测量是可重复使用的。

现有技术中还公开了基于金属氧化物的苯传感器，尤其是使用掺杂金的氧化锡。然而，与金属氧化物有关的问题是低选择性（传感器不仅对苯响应，而且还对CO和NO₂等响应强烈）；为了可靠、安全地检测苯，它们需要在介于350℃到400℃的高温下运行；与活性层中结构的变化有关的暂时的响应漂移；以及由于高运行温度造成的电极退化；此外还有由于待分析的环境中湿度的存在而对所述传感器的响应造成的负面影响。

因此，在现有技术中尚未有对ppb数量级表现出高度敏感性和选择性的用于检测苯气体的传感装置，这样的装置可在环境温度下进行测量，并随之带来能量节约，并且具有更强的耐用性（因为防止了由于在高温下使用而导致的电极的退化）。此外，在现有技术中，没有在存在其他干扰气体诸如C₂H₄等碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳、以及其他常见气体的情况下还对苯具有高选择性的装置。在现有技术中，也没有可重复使用且在多次分析或测量期间维持敏感性和选择性的用于苯气体检测的装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种以选择性方式检测苯气体的装置，该装置包括传感器的组合，所述传感器的活性层由以某些金属簇（metal cluster）修饰（decorate）或未以金属簇修饰的多壁或单壁碳纳米管组成。

本发明的第二方面旨在提供一种获得或制造所述装置的方法。

本发明的第三方面旨在提供一种在环境温度下在存在其他干扰气体的情况下检测苯气体的方法。

本发明的第四方面还涉及根据本发明的第一方面的选择性检测苯气体的装置在化学工业、石化工业、加油站、或家庭、航空、研究应用等方面的用途。

附图说明