CN108072646A - 有毒有害气体检测的笔式检测仪及其检测方法 - Google Patents

有毒有害气体检测的笔式检测仪及其检测方法 Download PDF

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    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
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Abstract

本发明涉及一种有毒有害气体检测的笔式检测仪，属于分析仪器技术领域。具体说该检测仪包括笔体、显示屏、电池、微型空气泵、单片机、颜色传感器、LED背光灯以及检测芯片模块，其中检测芯片模块含有能与有毒有害气体发生反应的指示剂，待测气体由微型空气泵以固定的流速抽至检测芯片模块内，并与检测芯片模块内的指示剂发生反应，使得指示剂的颜色产生变化，通过颜色传感器对指示剂的颜色变化进行捕捉，并经一定的算法转换成浓度值在显示屏中显示。本发明使用简单、携带方便、可实现一机多用，能够帮助人们快速、准确地测出有毒有害气体的浓度，从而能够在第一时间离开有毒有害气体污染区域。

Description

有毒有害气体检测的笔式检测仪及其检测方法
技术领域
本发明属于分析仪器技术领域，具体地涉及一种有毒有害气体检测的笔式检测仪及其检测方法。
背景技术
随着经济的发展，现代工业的进步，化学化工等领域得以迅速发展，为国民经济的提升做出了巨大贡献。然而，很多化学化工产品在合成过程中，需要用到有毒的无机气体，如氯气、氟气、硫化氢、氟化氢、二氧化硫等；同时，一些气体还常被用作生产过程中的冷凝剂，如液氨；在我们的科研工作中，也或多或少的会接触和用到有毒无机气体。这些有毒无机气体在储存、运输和使用过程中有可能发生意外泄漏，不仅会污染环境、影响生态平衡，更有甚者会导致爆炸、火灾、中毒等灾害性事故。
很显然，对这些有毒无机气体泄漏进行早期检测和及时预警是十分必要的，定时定期对所处钢瓶和管线进行排查，将事故防患于未然，是重中之重。与此同时，我们也应注意到，在抢救事故和疏散群众的过程中，及时知道所处位置的有毒气体浓度，以便迅速划定安全区域，同样不容忽视。
由于所涉及的气体为无机气体，常规的小型气相色谱难以较好地进行分离检测，而一般的气体传感器往往选择性差，且对大多数有毒无机气体几乎没有响应，较难进行全方位的排查。因此，亟需开发一款便携的检测设备，用于储存、运输和使用过程中此类有毒无机气体的现场快速预警与检测，并且在救灾中用于安全区域的及时划定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种有毒有害气体检测的笔式检测仪，它能够帮助人们快速、准确地测出有毒有害气体的浓度，从而能够在第一时间离开有毒有害气体污染区域。
本发明的技术方案为：
一种有毒有害气体检测的笔式检测仪：
笔式检测仪包括中空的笔体、显示屏、电池、微型空气泵、单片机、颜色传感器、LED背光灯以及检测芯片模块，检测芯片模块为中空的透明盒体，盒体内装载有载体板，载体板含有可与有毒有害气体发生显色反应的指示剂；
所述显示屏固定在笔体外壁面上；
电池、微型空气泵、单片机、颜色传感器、LED背光灯置于笔体腔内；
笔体上有用于安装与拆卸检测芯片模块的开口，安装与拆卸检测芯片模块的开口处设有进气管Ⅰ；
笔体上开有进气管Ⅱ，进气管Ⅱ一端通过软管与微型空气泵的进口端连接，微型空气泵的出口端与进气管Ⅰ连接；
优选的，进气管Ⅰ为不锈钢管，不锈钢管优选为具有尖头的不锈钢管，便于插入。
检测芯片模块开有进气口和出气口，进气管Ⅰ插入进气口，用于通入待测气体，废气从出气口排出；
提供一种方案，检测芯片模块的形状为长方体，分底和盖两部分，载体板夹在底和盖中间。
检测芯片模块置于颜色传感器和LED背光灯之间。
所述用于安装与拆卸检测芯片模块的开口设置在笔体的一端。
单片机通过排线分别与显示屏、微型空气泵、颜色传感器、LED背光灯连接。
所述微型空气泵的流量设置在0mL/min～1000mL/min之间，微型空气泵通过排线与单片机相连接，并通过单片机发出的指令来控制微型空气泵的流量大小及开关。
所述电池为锂电池或碱性电池。
待测气体由微型空气泵以固定的流速抽至检测芯片模块内，并与检测芯片模块内的指示剂发生反应，使得指示剂的颜色产生变化，通过颜色传感器对指示剂的颜色变化进行捕捉，并经一定的算法转换成浓度值在显示屏中显示。
通过安装与拆卸含有不同指示剂的检测芯片模块对不同有毒有害气体进行定性定量分析。
所述单片机用于控制微型空气泵的流量大小及开关、LED背光灯的开关、将颜色传感器的信号进行数据采集及处理、将结果传送给显示屏进行显示；
所述单片机为体积小、功耗低、具有休眠功能的普通单片机，主要用于控制微型空气泵的流量大小及开关、LED背光灯的开关、将颜色传感器的信号进行数据采集及处理、将结果传送给显示屏进行显示；单片机通过各种排线分别与显示屏、微型空气泵、颜色传感器、LED背光灯相连接；颜色传感器为将彩色光转换成电信号频率的可编程转换器芯片，通过排线与单片机相连接，准确读出检测芯片模块内指示剂的颜色值。
颜色传感器为将彩色光转换成电信号频率的可编程转换器芯片，准确读出检测芯片模块内指示剂的颜色值。
所述载体板选自能够固载指示剂的材料，优选为聚偏氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯、滤纸中的一种。载体板上固载指示剂可以采用聚合物或溶胶凝胶的方法(见中国专利：公开号102466638B),所述待测分析物是指能与指示剂发生显色反应的待分析物。
所述LED背光灯为贴片式LED或灯珠式LED。
本发明还提供上述笔式检测仪的检测方法：
1)制备含有指示剂的固载溶液，所述固载溶液通常由溶胶凝胶或高分子聚合物溶液构成；
2)用移液枪吸取指示剂固载溶液滴涂在载体板上，待载体板上的有机溶剂挥发完全后，将固载有指示剂的载体板放入避光的密闭容器中，氮气环境保护下老化(例如老化三天)，室温避光保存、备用；
3)将固载有指示剂的载体板裁切成与检测芯片模块透明盒体底部相同或相当的大小，并放入检测芯片模块盒体底部，扣好盒盖，四边密封，两侧分别开有进气口与出气口，用胶垫密封，最终得到检测芯片模块；
4)取检测芯片模块插入笔式检测仪中，并由微型空气泵向笔式检测仪中抽入待测的有毒有害气体，用颜色传感器对通入的有毒有害气体前后指示剂的颜色变化进行捕捉，获得通入有毒有害气体后指示剂的颜色值RGB，将指示剂颜色的初始RGB值与通入有毒有害气体后的RGB值进行差减，从而得到指示剂的颜色变化值△R、△G以及△B，利用公式计算得到通入不同浓度有毒有害气体后指示剂的颜色变化值，其中，ED为欧几里得距离(Euclidean Distance)，以有毒有害气体的浓度值为横坐标，以ED值为纵坐标得到一定浓度范围内的标准曲线，再于同样环境条件下，通入待测有毒有害气体对其进行检测，如显色代表含有同种有毒有害气体，且于笔式检测仪的显示屏中显示出该有毒有害气体的浓度值。
包含在本申请权利要求书中的任何结构都属于本申请所要保护的范围内，并不限定在实施例及附图中的一种结构。
本发明的有益效果为:
本发明所提到的笔式检测仪体积小、使用简单、携带方便、可实现一机多用，而且能够快速、准确地测出有毒有害气体的浓度，从而使人们能够在第一时间离开有毒有害气体污染区域。
附图说明
图1是一种有毒有害气体检测的笔式检测仪的结构示意图，其中，1为笔体、2为显示屏、3为电池、4为微型空气泵、5为单片机、6为颜色传感器、7为LED背光灯、8为检测芯片模块。
图2是利用图1所述有毒有害气体检测的笔式检测仪用于不同浓度的SO2检测的标准曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，为一种有毒有害气体检测的笔式检测仪的结构示意图，由笔体1、显示屏2、电池3、微型空气泵4、单片机5、颜色传感器6、LED背光灯7以及检测芯片模块8等组成，检测芯片模块含有可与有毒有害气体发生反应的指示剂，待测气体由微型空气泵4以固定的流速抽至检测芯片模块8内，并与检测芯片模块上的指示剂发生反应，其颜色变化由颜色传感器6进行捕捉，并经一定的算法转换成浓度值在显示屏2中显示。
显示屏2固定在笔体1上，电池3、微型空气泵4、单片机5、颜色传感器6、LED背光灯7装于笔体1中，笔体1上有用于安装与拆卸检测芯片模块8的开口，检测芯片模块8通过该开口置于颜色传感器6以及LED背光灯7之间。
检测芯片模块8设有进气口和出气口；安装与拆卸检测芯片模块8的开口处置有具有尖头的不锈钢管，尖头通过进气口插入检测芯片模块8，用于通入待测气体，废气从检测芯片模块8的出气口排出；
用于安装与拆卸检测芯片模块8的开口设置在笔体的前端；
显示屏2通过排线与单片机5相连接；
微型空气泵4进口端通过软管与固定在笔体1上的进气管Ⅱ相连接，出口端则通过软管与固定在安装与拆卸检测芯片模块8的开口处的不锈钢管Ⅰ相连接，微型空气泵4通过排线与单片机5相连接，并通过单片机发出的指令来控制微型空气泵4的流量大小及开关；
单片机5为stm8l型单片机，主要用于控制微型空气泵4的流量大小及开关、LED背光灯7的开关、将颜色传感器6的信号进行数据采集及处理、将结果传送给显示屏2进行显示；单片机5通过各种排线分别与显示屏2、微型空气泵4、颜色传感器6、LED背光灯7相连接；颜色传感器6通过排线与单片机5相连接；电池为碱性电池；微型空气泵的流量为300mL/min。
LED背光灯为贴片式LED，通过电线与单片机5相连接。
实施例2
称取指示剂溴甲酚紫2mg，放入1.5mL离心管中，然后向离心管中加入1mL溶胶凝胶溶液(溶胶凝胶的制备方法为：辛烷三乙氧基硅烷：(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：二氯乙烷：0.1M盐酸：十六烷基三甲基溴化铵：水以0.5：0.6：3.5：1.4：0.45：0.35：0.03：1体积比混合得10mL溶液，常温下水解24小时，得溶胶凝胶溶液))，超声溶解后向其中加入浓度为0.1M的氢氧化钾20微升，震荡混匀，用移液枪吸取指示剂溶液2微升滴涂在滤纸载体板上，待有机溶剂挥发完全后将滤纸放入避光的密闭容器中，氮气环境保护下老化三天，室温避光保存、备用。取固载有指示剂的滤纸，将其裁切成与透明小盒(可以为塑料透明小盒)的底内径大小一样后放入小盒的底中，扣好盖后将四边密封，两侧分别开有进气口与出气口，用胶垫密封，最终得到了制备好的检测芯片模块。操作时笔式检测仪的针头穿透密封胶垫，插入检测芯片模块中，由微型空气泵抽入的待测气体与滤纸载体板上的指示剂反应，产生颜色变化。
取制备好的检测芯片模块插入实施例1所述笔式有毒有害气体检测仪中，并由微型空气泵以300mL/min流速将相对湿度30％，浓度分别为12.5，18.75，25，32.5，38.75ppm的SO2气体抽入检测仪中3min，并用颜色传感器对通入SO2气体前后的检测芯片模块中指示剂颜色变化进行捕捉，获得检测芯片模块内指示剂的颜色值(红绿蓝，RGB)，将指示剂颜色的初始RGB值与通入SO2后的进行差减，从而得到指示剂的颜色变化值△R、△G以及△B，利用公式计算得到通入不同浓度SO2气体后指示剂的颜色变化值，其中，ED为欧几里得距离(Euclidean Distance)，其结果如图2所示，结果显示，指示剂甲基红与溴甲酚紫的混合物对浓度在12.5-38.75ppm之间的SO2气体具有很好的线性关系，其中R2＝0.998，线性方程为y＝1.2813x-0.2337，其中R2为拟合系数，x表示SO2的浓度，y表示对通入SO2气体前后的传感器进行取色，并对其进行差减得到的△R、△G以及△B，然后利用公式计算得到的值。从上述实验结果可以看出，该有毒有害气体检测的笔式检测仪可以用于有毒有害气体的检测。

Claims (10)

1.一种有毒有害气体检测的笔式检测仪，其特征在于：笔式检测仪包括中空的笔体(1)、显示屏(2)、电池(3)、微型空气泵(4)、单片机(5)、颜色传感器(6)、LED背光灯(7)以及检测芯片模块(8)，检测芯片模块(8)为中空的透明盒体，盒体内装载有载体板，载体板含有可与有毒有害气体发生显色反应的指示剂；
所述显示屏(2)固定在笔体(1)外壁面上；
电池(3)、微型空气泵(4)、单片机(5)、颜色传感器(6)、LED背光灯(7)置于笔体(1)腔内；
笔体(1)上有用于安装与拆卸检测芯片模块(8)的开口，安装与拆卸检测芯片模块(8)的开口处设有进气管Ⅰ；
笔体(1)上开有进气管Ⅱ，进气管Ⅱ一端通过软管与微型空气泵(4)的进口端连接，微型空气泵(4)的出口端与进气管Ⅰ连接；
检测芯片模块(8)开有进气口和出气口，进气管Ⅰ插入进气口，用于通入待测气体，废气从出气口排出；
检测芯片模块(8)置于颜色传感器(6)和LED背光灯(7)之间。
2.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：所述用于安装与拆卸检测芯片模块(8)的开口设置在笔体的一端。
3.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：单片机(5)通过排线分别与显示屏(2)、微型空气泵(4)、颜色传感器(6)、LED背光灯(7)连接。
4.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：所述电池(3)为锂电池或碱性电池。
5.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：待测气体由微型空气泵(4)以固定的流速抽至检测芯片模块(8)内，并与检测芯片模块(8)内的指示剂发生反应，使得指示剂的颜色产生变化，通过颜色传感器(6)对指示剂的颜色变化进行捕捉，并经一定的算法转换成浓度值在显示屏(2)中显示。
6.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：通过安装与拆卸含有不同指示剂的检测芯片模块(8)对不同有毒有害气体进行定性定量分析。
7.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：所述单片机(5)用于控制微型空气泵(4)的流量大小及开关、LED背光灯(7)的开关、将颜色传感器(6)的信号进行数据采集及处理、将结果传送给显示屏(2)进行显示；
颜色传感器(6)为将彩色光转换成电信号频率的可编程转换器芯片，准确读出检测芯片模块(8)内指示剂的颜色值。
8.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：所述载体板选自能够固载指示剂的材料，优选为聚偏氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯、滤纸中的一种。
9.根据权利要求1所述的用于检测有毒有害气体的笔式检测仪，其特征在于：所述LED背光灯(7)为贴片式LED或灯珠式LED。
10.一种权利要求1-9任一所述笔式检测仪的检测方法，其特征在于：
1)制备含有指示剂的固载溶液，所述固载溶液通常由溶胶凝胶或高分子聚合物溶液构成；
2)用移液枪吸取指示剂固载溶液滴涂在载体板上，待载体板上的有机溶剂挥发完全后，将固载有指示剂的载体板放入避光的密闭容器中，氮气环境保护下老化，室温避光保存、备用；
3)将固载有指示剂的载体板裁切成与检测芯片模块(8)透明盒体底部相同或相当的大小，并放入检测芯片模块(8)盒体底部，扣好盒盖，四边密封，两侧分别开有进气口与出气口，用胶垫密封，最终得到检测芯片模块(8)；
4)取检测芯片模块(8)插入笔式检测仪中，并由微型空气泵(4)向笔式检测仪中抽入待测的有毒有害气体，用颜色传感器(6)对通入的有毒有害气体前后指示剂的颜色变化进行捕捉，获得通入有毒有害气体后指示剂的颜色值RGB，将指示剂颜色的初始RGB值与通入有毒有害气体后的RGB值进行差减，从而得到指示剂的颜色变化值△R、△G以及△B，利用公式计算得到通入不同浓度有毒有害气体后指示剂的颜色变化值，其中，ED为欧几里得距离(Euclidean Distance)，以有毒有害气体的浓度值为横坐标，以ED值为纵坐标得到一定浓度范围内的标准曲线，再于同样环境条件下，通入待测有毒有害气体对其进行检测，如显色代表含有同种有毒有害气体，且于笔式检测仪的显示屏中显示出该有毒有害气体的浓度值。
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