CN105784691A - 二氧化氮快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化氮快速检测装置及检测方法，所述装置包括检测器和反应器；所述检测器包括蔽光壳体、光电传感模块、检测器主体和光窗，所述光窗设置在蔽光壳体与检测器主体之间，所述光电传感模块设置在蔽光壳体的内部，所述检测器主体中设置有进气气路和出气气路；所述反应器包括底托和反应床，所述反应床固定在所述底托的上表面上，所述反应器通过底托可拆卸地固定在所述检测器主体的底部，并且所述检测器与反应器之间形成有反应腔，所述进气气路和出气气路均与所述反应腔连通。上述方法采用上述装置进行检测。本发明在保证高灵敏度检测特性的条件下，实现了对二氧化氮气体的现场快速测量。

Description

二氧化氮快速检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及气体快速检测的技术领域，更具体地讲，涉及一种高灵敏度的二氧化氮快速检测装置及检测方法。

背景技术

二氧化氮是大气中的主要污染物之一，准确测定环境大气中的二氧化氮对于了解大气污染机制、判断大气污染程度、确定污染来源、进行空气质量预警以及帮助制定合理的城市规划建设等都具有重要意义。

气液相化学发光法测量二氧化氮，具有灵敏度高、选择性好、稳定性高等优点，非常适合于环境大气中二氧化氮气体浓度的实时在线监测。但基于该方法的仪器在检测过程中需要利用蠕动泵持续地进液，由于考虑到试剂在持续监测中的消耗问题，试剂的进样速度非常低，这使得设备需要很长的进液平衡稳定时间，预热时间较长(开机后至少30分钟后才能准确测样)；并且，监测结束后，又需要较长的时间才能完成对设备检测传感器内部的清洗。而在一些应用领域，使用者可能不需要对现场的环境气体进行实时连续监测，而是仅需要进行一些现场的快速采样检测分析，此时过长的预热和清洗时间对使用者带来很大的不便，且时间成本过高。

基于此，有必要提供一种便于现场快速检测场合使用的二氧化氮快速检测装置及检测方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的气液相化学发光法测量二氧化氮气体时所存在的平衡时间过长且不方便使用的问题，本发明的目的是提供一种在保证高灵敏度检测特性的条件下便于现场快速检测场合使用并且能够实现对二氧化氮气体的快速测量的二氧化氮快速检测装置及检测方法。

本发明的一方面提供了一种二氧化氮快速检测装置，所述装置包括检测器和反应器；所述检测器包括蔽光壳体、光电传感模块、检测器主体和光窗，所述光窗设置在蔽光壳体与检测器主体之间，所述光电传感模块设置在蔽光壳体的内部，所述检测器主体中设置有进气气路和出气气路；所述反应器包括底托和反应床，所述反应床固定在所述底托的上表面上，所述反应器通过底托可拆卸地固定在所述检测器主体的底部，并且所述检测器与反应器之间形成有反应腔，所述进气气路和出气气路均与所述反应腔连通。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述检测器主体中的进气气路和出气气路为同轴设置并且分别设置在检测器主体的两侧。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述进气气路包括进气气路螺纹安装孔和进气通道，所述出气气路包括出气气路螺纹安装孔和出气通道。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述光窗采用螺纹连接的固定方式并且采用密封圈密封，所述反应器与检测器主体之间也采用螺纹连接的固定方式。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述底托的上表面上设置有凹槽，与所述凹槽相同尺寸和形状的反应床固定在所述凹槽中。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述底托采用黑色ABS材料制成，所述反应床采用聚酯纤维布制成并且中心设有标记点；其中，所述凹槽的深度为1～1.2mm，所述反应床的厚度为0.5～0.8mm，所述凹槽与反应床均为圆形。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述底托与反应床之间采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂为丙酮。

根据本发明的二氧化氮快速检测装置的一个实施例，所述进气通道与出气通道的下沿与所述底托中凹槽的上沿齐平且高于反应床的上表面0.3～0.8mm。

本发明的另一方面提供了一种二氧化氮快速检测方法，所述方法采用上述二氧化氮快速检测装置进行检测，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将反应床放置于反应器底托的上表面的凹槽内并使反应床平放且铺满整个凹槽，将反应床固定在反应器底托上并将所得反应器用去离子水清洗后晾干备用；

步骤2：将检测器主体中的进气气路和出气气路连接好气路接头及气路管路，并在出气气路的后端连接抽气泵；

步骤3：将二氧化氮检测试剂正对着反应床中心的标记点滴在反应床的上表面，再将反应器固定在检测器主体的底部；

步骤4：利用抽气泵将待测气体抽入检测器与反应器之间的反应腔内，待待测气体与反应床中的检测试剂发生化学发光反应后，利用光电传感模块接收化学发光信号并转换为电信号，换算得到待测气体中的二氧化氮浓度。

根据本发明二氧化氮快速检测方法的一个实施例，所述底托采用黑色ABS材料制成且所述反应床采用聚酯纤维布制成，所述底托与反应床之间采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂为丙酮，其中，在反应床中心的标记点处滴入丙酮使反应床与底托粘连在一起实现反应床的固定。

与现有技术相比，本发明提供的二氧化氮快速检测装置及检测方法解决了目前气液相化学发光法测量二氧化氮气体时所存在的准备时间过长且不方便使用等问题，在保证该方法的高灵敏度检测特性的条件下，实现了对二氧化氮气体的现场快速测量；反应器更换容易且固定方式的改进效果明显，检测过程中无需使用蠕动泵等进液设备，无需外接液路系统，结构更加简单且干扰因素更少。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的二氧化氮快速检测装置的结构原理图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的二氧化氮快速检测装置中反应器的俯视图。

附图标记说明：

10-检测器、11-蔽光壳体、12-光电传感模块、13-检测器主体、14-密封圈、15-光窗、20-反应器、21-底托、22-反应床、221-标记点、23-凹槽、30-反应腔体、131-进气气路、1311-进气气路螺纹安装孔、1312-进气通道、132-出气气路、1321-出气气路螺纹安装孔、1322-出气通道。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的主要目的是提供一种能够实现二氧化氮快速检测的装置和方法。下面将先对本发明二氧化氮快速检测装置的结构和原理进行详细的说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的二氧化氮快速检测装置的结构原理图，图2示出了根据本发明示例性实施例的二氧化氮快速检测装置中反应器的俯视图。

如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例，上述二氧化氮快速检测装置包括检测器10和反应器20，由检测器10和反应器20组装形成所述二氧化氮快速检测装置。其中，检测器10实现待测气体与二氧化氮检测试剂发生化学发光反应后化学发光信号的检测，从而能够实时地计算得到二氧化氮的浓度；反应器20则是待测气体与二氧化氮检测试剂发生化学发光反应的主要组件。

具体地，检测器10包括蔽光壳体11、光电传感模块12、检测器主体13和光窗15，光窗15设置在蔽光壳体11与检测器主体13之间，光电传感模块12设置在蔽光壳体11的内部，检测器主体13中设置有进气气路131和出气气路132。由此，待测气体与二氧化氮检测试剂在检测器10的检测器主体13中发生化学发光反应后产生的化学发光信号能够通过光窗15被光电传感模块12检测到。优选地，光窗15采用螺纹连接的固定方式并且采用密封圈14密封，以提高检测器主体内的密封效果。

根据本发明的一个实施例，检测器主体13中的进气气路131和出气气路132为同轴设置并且分别设置在检测器主体13的两侧，具体如图1所示。这样能够保证待测气体与二氧化氮检测试剂最高效地接触并参与反应，同时尽可能地减少反应腔体的死角以便于反应后气体的及时排除从而保证气体的及时更新。

优选地，进气气路131包括进气气路螺纹安装孔1311和进气通道1312，出气气路132包括出气气路螺纹安装孔1321和出气通道1322。其中，进气气路螺纹安装孔1311和出气气路螺纹安装孔1321用于连接气路接头和气路管路，从而可以方便地通入待测气体进行检测。

反应器20包括底托21和反应床22，反应床22固定在底托21的上表面上，反应器20通过底托21可拆卸地固定在检测器主体13的底部，并且检测器10与反应器20之间形成有反应腔30，进气气路131和出气气路132均与反应腔30连通。也即，反应腔30是进行反应的主要位置，待测气体通过进气气路131进入反应腔30中并在与二氧化氮检测试剂反应之后通过出气气路132离开反应腔30，二氧化氮检测试剂则分布在反应床表面并与待测气体直接反应。

其中，反应器20与检测器主体13之间也优选地采用螺纹连接的固定方式，既保证了便于安装和拆卸的效果，也能够保证反应腔30的密封性。

根据本发明的优选实施例，底托21的上表面上设置有凹槽23，与凹槽相同尺寸和形状的反应床22固定在凹槽23中。其中，底托21采用黑色ABS材料制成，反应床22采用聚酯纤维布制成并且中心设有标记点221；其中，凹槽23的深度优选为1～1.2mm，反应床22的厚度优选为0.5～0.8mm；更优选地，凹槽23与反应床22均为圆形。由此，本发明中的底托21与反应床22之间能够采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂可以为丙酮。

其中，反应床22采用聚酯纤维材质制成，具有亲水性好的特点，则二氧化氮检测试剂在接触到反应床22的瞬间就可以迅速扩散并在反应床22表面均匀分布，保证检测体系快速进入稳定和平衡状态，从而可以快速地进行检测，而无需长时间的平衡和等待。同时，反应床22对二氧化氮检测试剂具有一定的吸附作用，从而确保二氧化氮检测试剂可以吸附在反应床22表面并参与化学发光反应，进一步保证了检测的稳定性。优选地反应床22采用白色聚酯纤维材质制成，便于容易地发现污染。并且，反应床22中心设置的标记点221可以让使用者依以此作为参考位置滴入二氧化氮检测试剂，有利于检测试剂从中心位置向四周扩散，保证了反应床22上检测试剂分布的对称性和均匀性。其中，二氧化氮检测试剂可以为含有鲁米诺0.001～0.005mol/L、氢氧化钾0.1～0.5mol/L、亚硫酸钠0.1～0.5mol/L、碘化钾0.1～0.5mol/L及表面活性剂tritonX-1000.1～0.5vol.％的混合试剂，其对二氧化氮气体具有高灵敏度及高选择性，5mL的试剂量可以满足在环境大气二氧化氮浓度水平条件下10分钟以上的连续检测而不出现信号衰减。但本发明选用的二氧化氮检测试剂不限于此。

并且，底托21采用黑色ABS材料，一方面考虑到蔽光的问题，另一方面考虑底托21与反应床22粘接的问题。具体地，本发明利用丙酮对ABS材料的溶解作用，将反应器底托21表面与反应床22接触的部分溶解，而溶解液丙酮具有较大的粘稠度，其只会与反应床表层部分接触而不会浸入至反应床22内部，待丙酮挥发后就可以将反应床22平整地固定在反应器底托21上，保证其在反应检测过程中反应床22不会翘起或者脱落，保证了检测过程的稳定性。

更优选地，将进气通道1312与出气通道1322的下沿设置为与底托21中凹槽23的上沿齐平且高于反应床的上表面0.3～0.8mm，这可以保证待测气体的气流在流过反应腔32时，能够充分地与反应床22表面接触，同时反应床22又不会对气流产生阻挡作用。

采用本发明的检测装置进行检测时，二氧化氮检测试剂处于过量状态，既可以满足检测周期内试剂的消耗，也便于使用者的检测要求。另外，检测过程中也无需使用蠕动泵等进液设备，无需外接液路系统，结构更加简单且干扰因素更少，在保证了气液相化学发光法的高灵敏度检测特性的前提下，实现了对二氧化氮气体的现场快速测量。

本发明的另一方面提供了二氧化氮快速检测方法，所述方法采用上述二氧化氮快速检测装置进行检测，具体可以包括以下步骤：

步骤1：将反应床22放置于反应器底托21的上表面的凹槽23内并使反应床22平放且铺满整个凹槽23，将反应床22固定在反应器底托21上并将所得反应器20用去离子水清洗后晾干备用。

其中，优选地，底托21采用黑色ABS材料制成且反应床22采用聚酯纤维布制成，底托21与反应床22之间采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂为丙酮。具体地，在反应床22中心的标记点221处滴入一滴丙酮，丙酮会在反应床22内部纤维的毛细作用下迅速浸润扩散至整个反应床22，同时丙酮会对ABS材质制成的反应器底托21表面产生溶解作用，部分溶解液会浸入至反应床22的下表面，丙酮迅速挥发后反应床22即与底托21粘接在了一起并实现了反应床的固定。但是，底托21与反应床22的固定方式不限于此，也可采用如胶条固定等常规固定方式，但是胶条固定会在一定程度上影响试剂的分布，其固定效果和检测效果明显劣于上述固定方式。

步骤2：将检测器主体13中的进气气路131和出气气路132连接好气路接头及气路管路(未示出)，并在出气气路132的后端连接抽气泵(抽气泵)。

步骤3：将二氧化氮检测试剂正对着反应床22中心的标记点221滴在反应床22的上表面，再将反应器20固定在检测器主体13的底部。例如，可以滴入5～10ml的二氧化氮检测试剂。

步骤4：利用抽气泵将待测气体抽入检测器10与反应器20之间的反应腔30内，待待测气体与反应床22中的检测试剂发生化学发光反应后，利用光电传感模块12接收化学发光信号并转换为电信号，换算得到待测气体中的二氧化氮浓度。

此外，在滴入的试剂失效后，可以通过更换反应器和试剂实现继续的检测，操作方便快捷。

综上所述，本发明提供的二氧化氮快速检测装置及检测方法解决了目前气液相化学发光法测量二氧化氮气体时所存在的准备时间过长且不方便使用等问题，在保证该方法的高灵敏度检测特性的条件下，实现了对二氧化氮气体的现场快速测量；反应器更换容易且固定方式的改进效果明显，检测过程中无需使用蠕动泵等进液设备，无需外接液路系统，结构更加简单且干扰因素更少。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述装置包括检测器和反应器；

所述检测器包括蔽光壳体、光电传感模块、检测器主体和光窗，所述光窗设置在蔽光壳体与检测器主体之间，所述光电传感模块设置在蔽光壳体的内部，所述检测器主体中设置有进气气路和出气气路；

所述反应器包括底托和反应床，所述反应床固定在所述底托的上表面上，所述反应器通过底托可拆卸地固定在所述检测器主体的底部，并且所述检测器与反应器之间形成有反应腔，所述进气气路和出气气路均与所述反应腔连通。

2.根据权利要求1所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述检测器主体中的进气气路和出气气路为同轴设置并且分别设置在检测器主体的两侧。

3.根据权利要求2所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述进气气路包括进气气路螺纹安装孔和进气通道，所述出气气路包括出气气路螺纹安装孔和出气通道。

4.根据权利要求1所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述光窗采用螺纹连接的固定方式并且采用密封圈密封，所述反应器与检测器主体之间也采用螺纹连接的固定方式。

5.根据权利要求3所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述底托的上表面上设置有凹槽，与所述凹槽相同尺寸和形状的反应床固定在所述凹槽中。

6.根据权利要求5所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述底托采用黑色ABS材料制成，所述反应床采用聚酯纤维布制成并且中心设有标记点；其中，所述凹槽的深度为1～1.2mm，所述反应床的厚度为0.5～0.8mm，所述凹槽与反应床均为圆形。

7.根据权利要求6所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述底托与反应床之间采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂为丙酮。

8.根据权利要求5所述的二氧化氮快速检测装置，其特征在于，所述进气通道与出气通道的下沿与所述底托中凹槽的上沿齐平且高于反应床的上表面0.3～0.8mm。

9.一种二氧化氮快速检测方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至8中任一项所述的二氧化氮快速检测装置进行检测，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将反应床放置于反应器底托的上表面的凹槽内并使反应床平放且铺满整个凹槽，将反应床固定在反应器底托上并将所得反应器用去离子水清洗后晾干备用；

步骤2：将检测器主体中的进气气路和出气气路连接好气路接头及气路管路，并在出气气路的后端连接抽气泵；

步骤3：将二氧化氮检测试剂正对着反应床中心的标记点滴在反应床的上表面，再将反应器固定在检测器主体的底部；

步骤4：利用抽气泵将待测气体抽入检测器与反应器之间的反应腔内，待待测气体与反应床中的检测试剂发生化学发光反应后，利用光电传感模块接收化学发光信号并转换为电信号，换算得到待测气体中的二氧化氮浓度。

10.根据权利要求9所述的二氧化氮快速检测方法，其特征在于，所述底托采用黑色ABS材料制成且所述反应床采用聚酯纤维布制成，所述底托与反应床之间采用溶解粘结的固定方式且所采用的溶解剂为丙酮，其中，在反应床中心的标记点处滴入丙酮使反应床与底托粘连在一起实现反应床的固定。