CN109416337A - 使用偏压电化学传感器进行丙烯腈检测 - Google Patents

使用偏压电化学传感器进行丙烯腈检测 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电化学丙烯腈传感器，该电化学丙烯腈传感器包括壳体、设置在所述壳体内的电解质，以及与壳体内的电解质接触的多个电极。多个电极包括工作电极和对电极。电极包括催化材料，该催化材料可包括金。电位被施加在对电极与工作电极之间。

Description

使用偏压电化学传感器进行丙烯腈检测
相关申请的交叉引用
不适用。
有关联邦资助的研究或发展的简述
不适用。
缩微平片附件的引用
不适用。
背景技术
在监测各种气体的存在时，可存在可在传感器内反应的其他气体，诸如一氧化碳(CO)。例如，工作电极可包括催化剂，该催化剂可催化目标气体和干扰气体(诸如，一氧化碳)两者的反应。因此，干扰气体的存在可在传感器中产生交叉敏感性，导致误以为环境气体中存在的目标气体水平高于实际存在的目标气体水平。由于存在由各种目标气体所带来的危险，触发警报的阈值水平可相对较低，并且由于干扰物的存在而产生的交叉敏感性可能足够高而使目标气体传感器发出错误警报。
发明内容
在一个实施方案中，电化学丙烯腈传感器包括壳体；设置在壳体内的电解质；以及与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括工作电极和对电极，其中电位被施加在工作电极与对电极之间。
在一个实施方案中，电化学丙烯腈传感器包括壳体；设置在壳体内的电解质；以及与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括：工作电极和对电极，其中工作电极包括催化材料，其中该催化材料包括金，其中对电极包括催化材料，其中该催化材料包括金。
在一个实施方案中，一种检测丙烯腈的方法包括将环境气体接收到丙烯腈传感器的壳体中，其中环境气体包括丙烯腈和一氧化碳，并且其中丙烯腈传感器包括与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括多孔工作电极和对电极；在对电极和工作电极之间施加电压电位；使环境气体与多孔工作电极接触；允许环境气体扩散穿过多孔工作电极以接触电解质；响应于环境气体与电解质之间在工作电极的表面区域处的反应，在多孔工作电极与对电极之间生成电流；以及基于电流确定环境气体中丙烯腈的浓度。
根据以下具体实施方式并结合附图和权利要求，将更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式参考以下简要描述，其中类似的附图标号表示类似的部分。
图1示意性地示出了根据一个实施方案的电化学传感器的横截面图。
图2示出了根据一个实施方案的电化学传感器的分解图。
具体实施方式
首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围及其等同物的全部范围内进行修改。
以下简短术语定义应适用于整个申请文件：
术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；
短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可包括在本发明的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同实施方案)；
如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；
本领域的技术人员应当理解，术语“约”或“大约”等当与数字一起使用时可能是指具体数字或另选地是指该具体数字附近的范围；并且
如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
由于丙烯腈气体的极端毒性，各国已制定限制个人暴露于该气体的法规。如本文所述，已开发出各种传感器以检测大气中丙烯腈的存在和浓度。检测丙烯腈的一些方法涉及在环氧乙烷传感器中使用交叉敏感性。然而，该方法可能很难在响应时间和传感器内的恢复方面满足要求。另外，一些传感器可具有对一氧化碳的高交叉敏感性。由于丙烯腈的高毒性，传感器警报水平通常可设定为约2ppm，这意味着1ppm的CO可触发错误警报，在许多应用中，该错误警报使得器械不可使用。因此，在丙烯腈传感器中移除或降低对CO的交叉敏感性可提高安全性。
存在用于增强电化学传感器的选择性的多种方式。第一，用于工作电极的材料的选择可影响对各种化学品的整体敏感性，包括目标气体与一种或多种干扰气体之间的相对敏感性差异。第二，可使用过滤器来移除干扰气体，从而降低对干扰气体的交叉敏感性。然而，过滤器通常使用具有有限容量的吸收剂或吸附剂，从而限制了传感器的有效寿命。第三，可使用中间电解质系统。在该系统中，可进行电解质组合物的选择，使得电解质选择性地与目标气体而不是干扰气体进行反应。然而，该方法可非常复杂，并且电解质也可具有容量限制，导致传感器使用寿命有限。第四，可选择跨电极的电位以移除或降低传感器的交叉敏感性。此外，在一些情况下，可通过放大毛细管孔来降低交叉敏感性。然而，这可能导致传感器中产生更大的电位，这可能影响传感器设计中的多个参数，这可能不适合具有限定敏感性的传感器。
作为改变电化学传感器的交叉敏感性的新型方式，电化学气体传感器可包括结合到一个或多个电极中的金催化材料。另外，电化学传感器可采用跨电极施加电位。所得的传感器可具有对丙烯腈气体的良好响应性，同时对CO气体具有降低的交叉敏感性。一般来讲，本文所公开的电化学传感器包括气体扩散工作电极、对电极和任选的参考电极。每个电极都与含水电解质接触。
图1是电化学传感器10的横截面图。传感器10通常包括壳体12，该壳体限定设计用于容纳电解质溶液的腔体或贮存器14。可将工作电极24放置在开口28与贮存器14之间。对电极16和参考电极20可定位在贮存器内。当气体在贮存器14内反应时，可在电极之间产生电流和/或电位，以提供气体浓度的指示。参考电极20也可定位在贮存器14内，以为在工作电极24与对电极16之间检测到的电流和电位提供参考。
壳体12限定内部贮存器14，并且一个或多个开口28可设置在壳体中，以允许将被检测的气体通过壳体12进入气体空间26。壳体12通常可由对电解质和被测气体基本上为惰性的任何材料形成。在一个实施方案中，壳体12可由聚合材料、金属或陶瓷形成。例如，壳体可由以下材料形成，包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚氧化二甲苯(PPO)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)(例如，高密度聚乙烯(HDPE))、聚苯醚(PPE)，或其任何组合或共混物。
一个或多个开口28可穿过壳体12形成，以允许环境气体进入气体空间26并且/或者允许在壳体内生成的任何气体逸出。在一个实施方案中，电化学传感器10可包括至少一个入口开口28，以允许环境气体进入壳体12。开口28可设置在壳体12的壁中，和/或当盖存在时，其可设置在盖中。在一些实施方案中，开口28可包括扩散阻隔以限制气体(例如，一氧化碳、丙烯腈等)流向工作电极24。可通过将开口28形成为毛细管来创建扩散阻隔，并且/或者可使用薄膜或者膜来控制通过该一个或多个开口28的质量流率。
在一个实施方案中，开口28可用作毛细管开口，以提供在壳体12的内部与外部之间速率受限的气体交换。在一个实施方案中，开口28的直径可介于约200μm和约1.5mm之间，其中可使用常规钻头以获得较大开口和使用激光钻头以获得较小开口来形成开口28。根据盖或壳体12的厚度，开口28的长度可介于约0.5mm和约5mm之间。在一些实施方案中，可存在两个或更多个用于入口气体的开口。当膜用于控制流入和/或流出壳体的气流时，开口直径可大于上文列出的尺寸，因为薄膜可有助于和/或可能负责控制气体流入和流出壳体12的流速。
贮存器包括对电极16、参考电极20和工作电极24。在一些实施方案中，电解质可包含在贮存器14内，并且对电极16、参考电极20和工作电极24可通过电解质电接触。在一些实施方案中，可使用一个或多个多孔隔板18、22或其他多孔结构来保持电解质与电极接触。隔板18、22可包括用作芯的多孔构件，其用于在贮存器与电极之间保持和输送电解质，同时它是电绝缘的，以防止由于任意两个电极之间的直接接触而造成的短路。多孔隔板18、22中的一者或多者可延伸到贮存器中，以为电解质提供通向电极的路径。在一个实施方案中，隔板18可设置在对电极16与参考电极20之间，并且隔板22可设置在参考电极20和工作电极24之间。
隔板18、22中的一者或多者可包括非织造多孔材料(例如，多孔毡构件)、织造多孔材料、多孔聚合物(例如，开孔泡沫、固体多孔塑料等)等，并且通常相对于电解质和形成电极的材料是化学惰性的。在一个实施方案中，隔板18、22可由对电解质是基本上化学惰性的各种材料形成，包括但不限于玻璃(例如，玻璃垫)、聚合物(塑料盘)、陶瓷等。
电解质可以是任何常规的含水酸性电解质，诸如硫酸、磷酸或中性离子溶液，诸如盐溶液(例如，锂盐诸如氯化锂等)，或其任何组合。例如，电解质可包括摩尔浓度介于约3M至约12M之间的硫酸。由于硫酸是吸湿性的，因此在环境的相对湿度(RH)范围为约3至约95％时，浓度可在约10至约70重量％(1至11.5摩尔)之间变化。在一个实施方案中，电解质可包括在水溶液中浓度介于约30重量％至约60重量％的H3PO4的磷酸。又如，电解质可包括具有约30重量％至约60重量％LiCl的氯化锂盐，余量为水溶液。
工作电极24可设置在壳体12内。进入传感器10的气体可接触工作电极24的一侧，并且穿过工作电极24以到达工作电极24与电解质之间的界面。然后，气体可反应以生成指示气体浓度的电流。如本文所公开的，工作电极24可包括多个层。基座或基底层可包括疏水材料或疏水处理的材料。催化材料可在工作电极24的一侧上形成为电极，并被放置成与电解质接触。在一个实施方案中，工作电极中的催化材料可包括金，以提供对丙烯腈的检测。
在一个实施方案中，工作电极24可包括多孔基底或膜作为基座层。针对感兴趣的气体(可包括丙烯腈)，基底可以是多孔的。在一个实施方案中，基底可包括由碳或石墨纤维形成的碳纸。在一些实施方案中，可通过添加导电材料(诸如碳)使基底导电。使用碳可提供足够程度的导电性，以允许由气体与电解质在工作电极24的表面处的反应生成的电流被耦接到工作电极24的引线检测到。也可使用其他导电基底，诸如碳毡、多孔碳板和/或导电聚合物(诸如聚乙炔)，以上材料中的每一种都可如下所述被制成疏水性的。另选地，可将导电引线耦接到催化层，以将催化材料电耦接到外部电路，如本文更详细描述的。在一个实施方案中，基底的厚度在一些实施方案中可介于约5密耳至约20密耳之间。
多孔基底可以是疏水性的，以防止电解质穿过工作电极24。基底可由疏水材料形成，或者基底可用疏水材料处理。在一个实施方案中，可通过用疏水材料诸如氟化聚合物(例如，PTFE等)浸渗基底来将基底制成疏水性的。在一些实施方案中，基底或膜可包括GEFC-IES(例如，全氟磺酸和PTFE的共聚物，可从Golden Energy Fuel Cell Co.,Ltd.商购获得)、(聚四氟乙烯和全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸的共聚物，可从DupontTM商购获得)，或者纯的或近纯的聚四氟乙烯(PTFE)。浸渗方法可包括使用浸渍、涂布或轧制工艺将包含溶液或浆液的疏水材料设置在基底上。另选地，可将干燥的组合物诸如粉末施加到基底上。在一些实施方案中，可使用任选的烧结工艺将疏水材料浸制到基底中，以产生用于工作电极24的疏水基座层，其中疏水基座层的两侧都为疏水性的。烧结工艺可使疏水聚合物与基底的碳结合或熔合，以将疏水材料牢固地结合到基底上。
所得基底可包含约30重量％至约50重量％的疏水聚合物。添加到基底中的疏水材料的量可影响基底的导电性，其中导电性趋于随着疏水材料的量的增加而降低。与基底一起使用的疏水聚合物的量可取决于所需的疏水性程度、对丙烯腈的孔隙度以及所得的工作电极的导电性。
催化层可通过将所需催化剂与粘结剂混合并将混合物沉积在基底材料上来形成。粘结剂可包括全氟化离子电解质溶液(例如，GEFC-IES、等)、疏水材料(诸如PTFE)、它们的混合物等。当用作粘结剂时，GEFC-IES、和/或PTFE可影响气体扩散参数，同时负载电催化剂并将发生电化学过程处的催化剂、气体和电解质之间的界面最大化。乙二醇或其他类似化学品可用作稀释剂以形成催化剂浆液、配方或催化剂体系，其可通过打印机印刷在基底上。
催化层可被沉积到基底上，通过例如丝网印刷、在选定区域从放置在基底上的悬液中过滤，通过喷涂，或适合产生固体材料的图案化沉积的任何其他方法。沉积可以是单个材料的沉积或者多于一种材料在层中顺序的沉积，以便例如通过其厚度改变电极材料的特性，或者在为气体反应的主要位置的层上或层下添加具有增加导电性的第二层。一旦沉积，印刷元件可在高温下烧结以形成电极。
在工作电极24中，催化层可包括金。所用催化剂可以是纯金属粉末、与碳结合的金属粉末，或者负载在导电介质(诸如碳)上的金属粉末，或者作为共混物或作为合金的两种或更多种金属粉末的组合。用于各个电极的材料可相同或者不同。
对电极16可设置在壳体12内。对电极16可包括其上设置有催化材料的基底或膜，诸如PTFE膜、GEFC-IES膜、膜等。在一个实施方案中，可将催化材料混合并使用任何合适的工艺将其设置在膜上，所述任何合适的工艺诸如为轧制、涂布、丝网印刷等以将催化材料施加到膜上，如本文更详细描述的。然后，可通过如本文所述的烧结工艺将催化剂层结合到膜上。
在一个实施方案中，用于对电极的催化材料可包括一种或多种金属或金属氧化物，诸如铜、银、金、镍、钯、铂、钌、铱和/或这些金属的氧化物。对电极16的催化剂负载量可在本文针对工作电极24描述的任何范围内。在一个实施方案中，对电极16的催化剂负载量可与工作电极24的催化剂负载量相同或基本上相同，该催化剂负载量也可大于或小于工作电极24的催化剂负载量。
在一个实施方案中，可将催化材料添加到工作电极24，相比单一干扰气体或多种干扰气体(诸如一氧化碳)，该工作电极对目标气体(诸如丙烯腈)具有更高的催化活性。当目标气体是丙烯腈并且干扰气体是一氧化碳时，可添加到工作电极中的催化材料可包括金(Au)。在一些实施方案中，催化材料的选择可提供期望的选择性。例如，使用金作为催化剂(与例如铂相反)可允许某些化学部分反应而不显示对其他化学部分的显著反应性。因此，使用金连同偏压可允许在对各种气体(诸如一氧化碳)的交叉敏感性降低的情况下对丙烯腈进行检测。
类似地，参考电极20可设置在壳体12内。参考电极20可包括其上设置有催化材料的基底或膜，诸如PTFE膜、GEFC-IES膜、膜等。在一个实施方案中，催化材料可与疏水材料(例如，PTFE等)混合并设置在PTFE膜上。用于形成工作电极或对电极的方法中的任何方法也可用于制备参考电极20。在一个实施方案中，与参考电极20一起使用的催化材料可包括一种或多种金属或金属氧化物，诸如铜、银、金、镍、钯、铂、钌、铱和/或这些金属的氧化物。参考电极20的催化剂负载量可在本文针对工作电极24描述的任何范围内。在一个实施方案中，参考电极20的催化剂负载量可与工作电极24的催化剂负载量相同或基本上相同，该催化剂负载量也可大于或小于工作电极24的催化剂负载量。虽然在图1中示出为具有参考电极20，但是电化学传感器的一些实施方案可不包括参考电极20。
为了检测响应于丙烯腈的存在而产生的跨电极的电流和/或电位差，可将一条或多条引线或电接触件电耦接到工作电极24、参考电极20和/或对电极16。接触工作电极24的引线可接触工作电极24的任一侧，因为基底包括导电材料。为了避免电解质的腐蚀作用，接触工作电极的引线可接触工作电极24不与电解质接触的一侧。引线可类似地电耦接到对电极16和参考电极20。引线可电耦接到外部连接销，以提供与外部处理电路的电连接。外部电路可检测电极之间的电流和/或电位差，并且将电流转换成对应的丙烯腈浓度。
在一个实施方案中，传感器10可包括施加到电极中的一个或多个电极上的偏压。例如，可在对电极16与工作电极24之间施加电位。换句话讲，传感器10可包括在对电极16与工作电极24之间相对于参考电极20的电压差。在一个实施方案中，电位(或电压差)可为约-300mV。
在使用中，传感器10可检测丙烯腈浓度。在使用中，环境气体可穿过开口28流入传感器10，该开口用作传感器10的进气端口。环境气体可包括丙烯腈。在一些实施方案中，也可存在干扰气体，诸如一氧化碳。气体可接触工作电极并穿过多孔基底层的细孔，到达用催化剂层处理过的工作电极24的表面。电解质可与工作电极24的表面接触，并且丙烯腈可反应并导致在工作电极24与对电极16之间形成的电解电流，该电解电流对应于丙烯腈在环境气体中的浓度。通过测量电流，可使用例如外部检测电路来确定丙烯腈的浓度。
在测量过程中，干扰气体诸如一氧化碳也可接触工作电极24。一氧化碳可在工作电极24的表面处反应，但是一氧化碳可能不以相同的速率反应。一氧化碳还可在传感器10内经历扩散阻力。工作电极中的催化材料的选择可限制各种干扰气体诸如一氧化碳的反应性。
在其中将另外的催化材料添加到工作电极24的一个实施方案中，丙烯腈在工作电极24处的反应速率可显著快于一氧化碳在工作电极24处的反应速率。通过添加对丙烯腈具有比对一氧化碳更高反应性的催化材料，丙烯腈反应对总电流的相对促进显著大于一氧化碳反应的促进，这可能将传感器10对一氧化碳的交叉敏感性降低到可接受水平。
在一个实施方案中：使用如本文所述的传感器10，1)电化学传感器对丙烯腈的敏感性(例如，表示为每浓度单位的电流，诸如以μA/ppm为单位等)与2)电化学传感器对一氧化碳的敏感性(例如以μA/ppm为单位等)或交叉敏感性的比率可大于约20、大于约40、大于约50、大于约60、大于约80、大于约100或者大于约125。在一个实施方案中：1)电化学传感器对丙烯腈的敏感性与电化学传感器对一氧化碳的敏感性的比率通常可小于约300或小于约200，并且该比率可在任意下端点至任意上端点的任意范围内。
参考图2，电化学传感器的一个实施方案可包括电极的平面布置。传感器210可包括壳体212，该壳体限定设计用于容纳电解质溶液的腔体或贮存器214。可将工作电极224放置在开口228与贮存器214之间。对电极216和任选的参考电极220可相对于工作电极224以平面布置定位，其中当组装传感器210时，这些电极可位于近乎相同的平面中。当气体在贮存器214内反应时，可在电极之间产生电流和/或电位，以提供气体浓度的指示。参考电极220也可定位在传感器210内，以为在工作电极224与对电极216之间检测到的电流和电位提供参考。在该实施方案中，壳体、工作电极224、对电极216和任选的参考电极220可与相对于图1所述的相同部件相同或类似，只是布置或构造不同。
壳体212限定内部贮存器214，并且一个或多个开口228可设置在壳体中，以允许将被检测的气体进入壳体212。壳体212通常可由对电解质和被测气体基本上为惰性的任何材料形成。在一个实施方案中，壳体212可由聚合材料、金属或陶瓷形成。例如，壳体可由以下材料形成，包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚氧化二甲苯(PPO)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)(例如，高密度聚乙烯(HDPE))、聚苯醚(PPE)，或其任何组合或共混物。
在一个实施方案中，电化学传感器210可包括至少一个入口开口228，以允许环境气体进入壳体212。开口228可设置在壳体212的壁中，和/或当盖202存在时，其可设置在盖中。在一些实施方案中，开口228可包括扩散阻隔以限制气体(例如，一氧化碳、丙烯腈等)流向工作电极224。可通过将开口228形成为毛细管来创建扩散阻隔，并且/或者可使用薄膜或者膜204来控制通过该一个或多个开口228的质量流率。
在一些实施方案中，电解质可包含在贮存器214内，并且对电极216、参考电极220和工作电极224可通过电解质电接触。在一些实施方案中，可使用一个或多个多孔隔板218或其他多孔结构来保持电解质与电极接触。隔板218可包括用作芯的多孔构件，其用于在贮存器214与电极之间保持和输送电解质，同时它是电绝缘的，以防止由于任意两个电极之间的直接接触而造成的短路。在一个实施方案中，隔板218可包括可操作以接触电极中的每个电极的一种连续材料。在一个实施方案中，隔板218可位于电极与贮存器之间。
隔板218可包括非织造多孔材料(例如，多孔毡构件)、织造多孔材料、多孔聚合物(例如，开孔泡沫、固体多孔塑料等)等，并且通常相对于电解质和形成电极的材料是化学惰性的。在一个实施方案中，隔板218可由对电解质是基本上化学惰性的各种材料形成，包括但不限于玻璃(例如，玻璃垫)、聚合物(塑料盘)、陶瓷等。
电极216、220、224可各自接触销230(或电接触件)，其中电极可通过压力垫232与销230保持接触。在传感器的一个实施方案中，销230可包括催化材料，诸如金。在传感器210的一个实施方案中，可在工作电极224与对电极216之间施加偏压。虽然在图2中示出为具有参考电极220，但是电化学传感器的一些实施方案可不包括参考电极220。
在平面构造中，传感器可以与相对于图1的堆叠构造所述的基本上相同的方式操作。
本文已公开了各种实施方案和方法，多种实施方案可包括但不限于：
在第一实施方案中，电化学丙烯腈传感器包括壳体；设置在壳体内的电解质；以及与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括工作电极和对电极，其中电位被施加在工作电极与对电极之间。
第二实施方案可包括第一实施方案所述的传感器，其中电位大于约300mV。
第三实施方案可包括第一实施方案或第二实施方案所述的传感器，其中工作电极包括催化材料。
第四实施方案可包括第三实施方案所述的传感器，其中催化材料包括金(Au)。
第五实施方案可包括第一实施方案至第四实施方案中任一者所述的传感器，其中对电极包括催化材料。
第六实施方案可包括第五实施方案所述的传感器，其中催化材料包括金(Au)。
第七实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中任一者所述的传感器，其中传感器被构造成检测丙烯腈，并且其中1)传感器对丙烯腈的敏感性与2)传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约50。
第八实施方案可包括第一实施方案至第七实施方案中任一者所述的传感器，其中电极包括平面布置。
第九实施方案可包括第一实施方案至第七实施方案中任一者所述的传感器，其中电极包括堆叠布置。
在第十实施方案中，电化学丙烯腈传感器包括：壳体；设置在壳体内的电解质；以及与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括：工作电极和对电极，其中工作电极包括催化材料，其中该催化材料包括金，其中对电极包括催化材料，其中该催化材料包括金。
第十一实施方案可包括第十实施方案所述的传感器，其中电位被施加在工作电极与对电极之间。
第十二实施方案可包括第十一实施方案所述的传感器，其中电位为约300mV。
第十三实施方案可包括第十实施方案至第十二实施方案中任一者所述的传感器，其中传感器被构造成检测丙烯腈，并且其中1)传感器对丙烯腈的敏感性与2)传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约50。
第十四实施方案可包括第十实施方案至第十三实施方案中任一者所述的传感器，还包括参考电极。
第十五实施方案可包括第十四实施方案所述的传感器，还包括在工作电极与对电极之间相对于参考电极的电压差。
第十六实施方案可包括第十五实施方案所述的传感器，其中电压差为约300mV。
在第十七实施方案中，一种检测丙烯腈的方法，该方法包括将环境气体接收到丙烯腈传感器的壳体中，其中环境气体包括丙烯腈和一氧化碳，并且其中丙烯腈传感器包括与壳体内的电解质接触的多个电极，其中该多个电极包括多孔工作电极和对电极；在对电极和工作电极之间施加电压电位；使环境气体与多孔工作电极接触；允许环境气体扩散穿过多孔工作电极以接触电解质；响应于环境气体与电解质之间在工作电极的表面区域处的反应，在多孔工作电极与对电极之间生成电流；以及基于电流确定环境气体中丙烯腈的浓度。
第十八实施方案可包括第十七实施方案所述的方法，其中1)传感器对丙烯腈的敏感性与2)传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约20。
第十九实施方案可包括第十七实施方案或第十八实施方案所述的方法，其中工作电极包括催化金材料。
第二十实施方案可包括第十七实施方案至第十九实施方案中任一者所述的方法，其中对电极包括催化金材料。
尽管上文已经示出和描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但在不脱离本公开的实质和教导的情况下，本领域的技术人员可以对其做出修改。本文所述的实施方案仅是代表性的而并非意在进行限制。许多变化、组合和修改都是可能的，且在本公开的范围之内。由于合并、整合和/或省略一个或多个实施方案的特征而得到的替代实施方案也在本公开的范围之内。因此，保护范围不受上述描述的限制，而是由随后的权利要求来限定，该范围包括权利要求的主题的所有等同物。每一项权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，且权利要求书为一个或多个本发明的一个或多个实施方案。此外，任何上述优点和特征可涉及特定实施方案，但不应将这些公布的权利要求书的应用限制为实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的方法和结构。
另外，本文所使用的章节标题是为了与37C.F.R.1.77的建议一致或者提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求书中所阐述的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式，尽管标题可能是指“技术领域”，但权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。此外，“背景技术”中的技术的描述不应被解读为承认某项技术是本公开中的任何一个或多个发明的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在公布的权利要求中所阐述的一个或多个发明的限制性表征。此外，本公开中对单数的“发明”的任何提及不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据来自本公开公布的多个权利要求的限制，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地限定了由其保护的一个或多个发明及其等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开按照权利要求自身的优点来考虑，而不应受到本文所陈述的标题的限制。
应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语如“由...组成”、“基本上由...组成”和“基本上由...构成”的支持。针对实施方案的任何元件使用术语“任选地”、“可”、“可能”、“有可能地”等意指该元件是不需要的，或另选地，该元件是需要的，两种替代方案均在一个或多个实施方案的范围之内。另外，对示例的提及仅仅用于说明目的，并非意在是排他性的。
尽管本公开中提供了若干实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的实质或范围的情况下可以通过许多其他具体形式来体现所公开的系统和方法。本发明示例应被认为是例示性的而非限制性的，并且本发明并非局限于本文中给出的细节。例如，可以将各种元件或部件结合或集成到另一个系统中，或者可以省略或不实现某些特征。
此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各个实施方案中被描述和示出为分立或独立的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法结合或集成。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项可以通过一些接口、设备或中间部件间接耦合或通信，而不论是通过电、机械还是其他方式进行这种耦合或通信。本领域技术人员可确定并且在不脱离本文所公开的实质和范围的情况下可以做出变化、替换和变更的其他示例。

Claims (15)

1.一种电化学丙烯腈传感器(10)，包括：
壳体(12)；
电解质，所述电解质设置在所述壳体(12)内；和
多个电极(24,16)，所述多个电极与所述壳体(12)内的所述电解质接触，其中所述多个电极(24,16)包括工作电极(24)和对电极(16)，其中电位被施加在所述工作电极(24)与所述对电极(16)之间。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电位大于约300mV。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述工作电极(24)包括催化材料。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述催化材料包括金(Au)。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述对电极(16)包括催化材料。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述催化材料包括金(Au)。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器被构造成检测丙烯腈，并且其中1)所述传感器对丙烯腈的敏感性与2)所述传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约50。
8.一种电化学丙烯腈传感器(10)，包括：
壳体(12)；
电解质，所述电解质设置在所述壳体(12)内；和
多个电极(24,16)，所述多个电极与所述壳体(12)内的所述电解质接触，其中所述多个电极(24,16)包括：
工作电极(24)，其中所述工作电极(24)包括催化材料，其中所述催化材料包括金(Au)；和
对电极(16)，其中所述对电极(16)包括催化材料，其中所述催化材料包括金(Au)。
9.根据权利要求8所述的传感器，其中电位被施加在所述工作电极(24)与所述对电极(16)之间。
10.根据权利要求3所述的传感器，其中所述电位大于约300mV。
11.根据权利要求8所述的传感器，其中所述传感器被构造成检测丙烯腈，并且其中1)所述传感器对丙烯腈的敏感性与2)所述传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约50。
12.一种检测丙烯腈的方法，所述方法包括：
将环境气体接收到丙烯腈传感器的壳体(12)中，其中所述环境气体包括丙烯腈和一氧化碳，并且其中所述丙烯腈传感器包括与所述壳体(12)内的电解质接触的多个电极(24,16)，其中所述多个电极(24,16)包括多孔工作电极(24)和对电极(16)；
在所述对电极(16)和所述工作电极(24)之间施加电压电位；
使所述环境气体与所述多孔工作电极(24)接触；
允许所述环境气体扩散穿过所述多孔工作电极(24)以接触所述电解质；
响应于所述环境气体与所述电解质之间在所述工作电极(24)的表面区域处的反应，在所述多孔工作电极(24)与所述对电极(16)之间生成电流；以及
基于所述电流确定所述环境气体中所述丙烯腈的浓度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中1)所述传感器对丙烯腈的敏感性与2)所述传感器对一氧化碳的敏感性的比率大于约20。
14.根据权利要求12所述的传感器，其中所述工作电极(24)包括催化金材料。
15.根据权利要求12所述的传感器，其中所述对电极(16)包括催化金材料。
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