[发明专利]一种电化学气体传感器

说明书

本发明提出一种电化学气体传感器，由传感电极（1）、参比电极（2）、辅助电极（3）、电解质（4）、膜材料（5）、传感器壳体（6）和传感器气室（7）组成，传感器壳体（6）上设置有扩散口（8）和信号连接器（9），传感电极（1）、参比电极（2）、辅助电极（3）和膜材料（5）浸于电解质（4）中并设置于传感器壳体（6），扩散口（8）设置于传感电极（1）上方，传感器气室（7）设置于扩散口（8）上方；传感器气室（7）的内部尺寸不小于扩散口（8）的尺寸；扩散口（8）的有效扩散面积大于3 cm²。本发明提出的一种电化学气体传感器，对气体湿度敏感性低、受环境大气压影响小，有利于节省设备成本并增加设备的可靠性。

技术领域

本发明涉及电化学气体传感器领域。更具体地说，涉及应用于呼气检测的电化学气体传感器领域。

背景技术

人呼气检测技术有着无创即时的优点，在疾病诊断中发挥着重要作用。目前呼出气一氧化氮、硫化氢、一氧化碳、氢气的检测多采用电化学气体传感技术。人呼出气的湿度一般为90%RH以上，而传统的电化学气体传感器对气体湿度敏感，当传感器周围空气的水蒸气压发生改变时，会引起传感电极处的酸碱度的急剧变化，产生或正或负的瞬态电流，从而使测试值偏高或偏低。

尽管可用除湿过滤器对呼出气进行除湿，但由于过滤材料的除湿效果受环境温湿度的影响，除湿后也可能引起传感器周围空气的水蒸气压的变化，可能过干也可能过湿。

解决此问题的一种可能的方法是从传感器本身减少或消除湿度效应。美国专利US7967965B2在传感电极的材料中引入对湿度能产生相反响应的物质，通过调整电极材料的比例来减少或消除湿度的影响。例如，在石墨中掺入钌来消除湿度对NO传感器的影响，但钌增加了对含硫气体的交叉敏感性。人口呼气中，特别是口臭者，含有几百至上千ppb的含硫气体，用该方案的传感器作为呼气ppb级NO的检测时需要提前用化学过滤器将这些交叉干扰物去除，实现起来相对复杂。

解决此问题的另一种可能的方法是控制进入传感器的样品的湿度。中国专利CN105388274B、CN103487479B、CN102188247B在呼气分析仪内部设置湿度调节器，保证传感器周围的空气的水蒸气压力恒定不变。由于目前商业化的湿度调节器的工作流量远小于呼气流量，因此，需要先采样后分析，即先将呼出气体采至气体容器中，再用小流量的气泵将气体输送到气体湿度调节器上，最后进入传感器被检测。该呼气分析仪不仅结构复杂、成本高，而且以牺牲快速响应为代价，而快速响应是便携式和实时分析应用中所需的。

为克服传统的电化学气体传感器在呼气检测上的缺陷，本发明创造提供一种对气体湿度敏感性低且快速响应的电化学气体传感器，在呼气仪中不需设置湿度调节器和气体容器。

发明内容

本发明提供了一种电化学气体传感器，由传感电极（1）、参比电极（2）、辅助电极（3）、电解质（4）、膜材料（5）、传感器壳体（6）和传感器气室（7）组成，传感器壳体（6）上设置有扩散口（8）和信号连接器（9）。传感电极（1）、参比电极（2）、辅助电极（3）和膜材料（5）浸于电解质（4）中并设置于传感器壳体（6）内。所述扩散口（8）设置于传感电极（1）上方，所述传感器气室（7）设置于扩散口（8）上方。

所述传感电极（1）是粘接在基底上的催化材料，其基底为多孔薄膜，例如但不限于聚四氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或聚偏二氟乙烯薄膜，其催化材料为多孔聚合物包裹着碳/贵金属材料形成的复合材料，碳/贵金属材料包括选自铂、金、铱、钌、银、钯、铑和导电碳的至少一种元素。所述传感电极（1）的基底起到支撑催化材料的作用和防水作用，且允许气体透过，所述传感电极（1）的催化材料浸于电解质（4）中。传感器工作时，气体扩散通过传感电极（1）的多孔薄膜进入电解质（4）中，再从电解质（4）扩散进入传感电极（1）的多孔聚合物层，最后扩散到碳/贵金属材料表面上进行反应，产生电流。气体的传感是扩散控制过程，其中包含了气体在气相、液相和固相中的扩散，每一个扩散过程都影响着传感器的性能，各个参数相互影响，想要开发出湿度敏感性低又不影响传感器的精度和响应时间，具有一定的难度。