CN1910449A

CN1910449A - 气体检测方法及检测装置

Info

Publication number: CN1910449A
Application number: CN200580002593.4A
Authority: CN
Inventors: 小村启; 翁长一夫; 杉村真理子; 香田弘史; 饭田一康
Original assignee: Suntory Ltd
Current assignee: Suntory Holdings Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: US7493795B2; AU2005204864A1; JP4634720B2; WO2005068989A1; EP1707949A1; CN100456031C; JP2005207769A; EP1707949A4; AU2005204864B2; US20070277588A1

Abstract

本发明通过改良以往的气体检测方法及检测装置，实现比以往的方法及装置检测响应更迅速、灵敏度更良好的气体检测方法及检测装置。其具体构成如下：气体检测方法，其为一边向金属氧化物型气体传感器11的传感器元件11a供给氧气，一边检测检测对象气体，并且一边向传感器元件11a供给水蒸气一边检测的气体检测方法；气体检测装置，其为配备有向金属氧化物型气体传感器11的传感器元件11a供给氧气的氧气供给部14，并且设有向传感器元件11a供给水蒸气的水蒸气供给部15的气体检测装置。

Description

气体检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一边向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气，一边检测检测对象气体的气体检测方法，同时涉及配备有金属氧化物型气体传感器和向该金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气的氧气供给部的气体检测装置。

背景技术

这种气体检测装置，众所周知的方法可例举将检测对象气体分离出多个组分气体，并进行分析的气相色谱法。而且，作为定量检测其分析对象的组分气体的传感器，金属氧化物型气体传感器也为人所知。这种金属氧化物型气体传感器的结构是，为了净化其气体传感器的传感器元件，配备有向传感器元件供给氧气的氧气供给部，通过氧气供给部一边向传感器元件供给氧气，一边检测组分气体(例如：参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开2001-165828号公报

发明内容

本发明者们为了提高上述专利文献中所记载的金属氧化物型气体传感器的响应速度和灵敏度，不断研究，并反复各种实验，终于完成此项发明。因此，本发明的目的就是通过改良以往的气体检测方法及检测装置，提供比以往的方法和装置响应迅速、灵敏度良好的气体检测方法及检测装置。

本发明的第1特征构成是：一种气体检测方法，一边向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气，一边检测检测对象气体，其中，一边向上述传感器元件供给水蒸气，一边检测上述检测对象气体。

根据本发明的第1特征构成，由于在向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气的同时，还一边向该传感器元件供给水蒸气，一边检测上述检测对象气体，因此，如后述的实验结果所表明的那样，其对于检测对象气体的响应速度能够实现迅速化，从而使其灵敏度也得到改善，与以往的方法相比，可实现响应迅速、灵敏度良好的检测。

本发明的第2特征构成是：在上述气体检测方法中，上述检测对象气体是通过分离柱分离后的组分气体。

根据本发明的第2特征构成，由于检测对象气体是通过分离柱分离后的组分气体，因此，即使检测对象气体中包含多种组分气体，也可根据迅速的响应和良好的灵敏度准确地检测出各组分气体。

本发明的第3特征构成是：一种气体检测装置，配备有向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气的氧气供给部，其中，设有向上述传感器元件供给水蒸气的水蒸气供给部。

根据本发明的第3特征构成，配备有向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气的氧气供给部，而且还配备有向该传感器元件供给水蒸气的水蒸气供给部。通过如此结构，如后述的实验结果所表明的那样，可以实现对检测对象气体的响应迅速化，同时，其灵敏度也能够得到改善，与以往的装置相比，实现响应迅速、灵敏度良好的检测。

本发明的第4特征构成是：在上述气体检测装置中，利用上述水蒸气供给部供给的水蒸气加湿上述氧气供给部供给的氧气，从而得到加湿氧气，并将该加湿氧气供给上述传感器元件。

根据本发明的第4特征构成，利用上述水蒸气供给部供给的水蒸气加湿上述氧气供给部供给的氧气，从而得到加湿氧气。由于该加湿氧气供给传感器元件，所以易于稳定地维持水蒸气的浓度。而且，该水蒸气和氧气的供给比率也容易维持，不仅可进一步切实保持对于检测对象气体的迅速响应和灵敏度，而且，例如，与氧气和水蒸气分别配管的供给系统相比，配管也可简单化。

本发明的第5特征构成是：在上述气体检测装置中，将上述氧气供给部供给的氧气通入容纳于上述水蒸气供给部中的水蒸气生成用水之中，从而得到上述加湿氧气。

根据本发明的第5特征构成，由于是将上述氧气供给部供给的氧气通入容纳于上述水蒸气供给部中的水蒸气生成用水之中得到的上述加湿氧气，所以可通过非常简单廉价的结构切实生成加湿氧气，从而实现装置整体的廉价化。

本发明的第6特征构成是：在上述气体检测装置中，上述加湿氧气中的氧气相对湿度大于等于40％。

根据本发明的第6特征构成，由于加湿氧气中的氧气相对湿度大于等于40％，所以对于金属氧化物型气体传感器的传感器元件，可切实供给需要量的氧气和水蒸气，从而达到期望的响应速度和灵敏度。

本发明的第7特征构成是：在上述气体检测装置中，上述加湿氧气中的氧气相对湿度为40～80％。

根据本发明的第7特征构成，由于加湿氧气中的氧气相对湿度为40～80％，所以对于金属氧化物型气体传感器的传感器元件，可切实供给需要量的氧气和水蒸气，从而进一步达到期望的响应速度和灵敏度。

本发明的第8特征构成是：在上述气体检测装置中，上述加湿氧气在上述金属氧化物型气体传感器进行气体检测过程中，每单位时间内以几乎一定的流量供给上述传感器元件。

根据本发明的第8特征构成，由于加湿氧气在金属氧化物型气体传感器进行气体检测过程中，每单位时间内以几乎一定的流量供给上述传感器元件，因此在气体检测过程中，可维持所期望的迅速的响应和灵敏度，实现准确的检测。

本发明的第9特征构成是：上述的气体检测装置配备有将检测对象气体分离成多个组分气体的分离柱，上述金属氧化物型气体传感器将由该分离柱分离后的组分气体作为检测对象。

根据本发明的第9特征构成，气体检测装置配备有将检测对象气体分离成多个组分气体的分离柱，金属氧化物型气体传感器将由该分离柱分离后的组分气体作为检测对象，因此，即使在检测对象气体中包含多个组分气体，也可根据上述的响应速度和灵敏度准确检测各组分气体。

本发明的第10特征构成是：在上述气体检测装置中，上述组分气体和加湿氧气分别从几乎相同的方向供给上述传感器元件。

根据本发明的第10特征构成，由于组分气体和加湿氧气分别从几乎相同的方向供给上述传感器元件，例如，与组分气体和加湿氧气分别从不同的方向供给的方式不同，不会由于组分气体与加湿氧气的混合使组分气体稀释或分散。因此，可进一步确保传感器元件对组分气体的检测。

附图说明

【图1】表示气体检测装置的整体结构图

【图2】表示气体检测装置的检测部和加湿氧气生成器的说明图

【图3】显示实验例结果的气相色谱法图表

【图4】显示比较例结果的气相色谱法图表

符号说明

3 分离柱

11 金属氧化物型气体传感器

11a 传感器元件

14 氧气供给部(氧气供给管)

15 水蒸气供给部

GC 气体检测装置

SG 组分气体

W 水蒸气生成用水

WO 加湿氧气

具体实施方式

根据附图说明本发明中气体检测方法及检测装置的实施形态。

气体检测装置的其中一例气相色谱法GC，如图1所示，由控制部1、试样注入部2、分离柱3、检测部4以及数据处理装置5等组成。

在上述气相色谱法GC中还配备有供给载气CG的储气瓶6，在该储气瓶6中，填充有例如He或N₂等惰性气体(氧气含量的分压比在0.1％以下)作为载气CG，并且形成从储气瓶6向气相色谱法GC的控制部1供给载气CG的结构。

储气瓶6供给的载气CG，其流量及压力在控制部1内调整后进入试样注入部2。作为检测对象气体的试样S在该试样注入部2被气化后注入载气CG之中，通过载气(移动相)CG供给分离柱3。

载气CG中的试样S在该分离柱3内移动过程中，与固定相之间经二相间分配和吸附-脱附等相互作用，分离出多个组分气体SG。分离后的各组分气体SG在检测部4中定量检测，根据其检测结果，数据处理装置5绘制出气相色谱图。

如图2所示，检测部4大致由连接部分7、反应气体供给部分8以及传感器部分9组成。在此实施形态中，这三个组成部分7、8、9相互间独立成形，通过插入或螺纹连接等方式结合为一体。作为其它的实施形态，这三个组成部分7、8、9相互之间也可构成一体化。

连接部分7在长方向上配置有贯穿孔7a。插入该贯穿孔7a内的气相色谱法GC的毛细管10贯穿反应气体供给部分8的供给室8a，在传感器部分9的传感器室9a内开口。如此结构，使通过分离柱3的载气CG和各组分气体SG可直接导入传感器部分9的传感器室9a内。

在该传感器部分9内，安装有作为金属氧化物型气体传感器的金属氧化物型半导体式气体传感器11，该半导体式气体传感器11的传感器元件11a面对毛细管10的开口部配置于传感器室9a内。

反应气体供给部分8与反应气体导入管12相连，加湿氧气WO即后面将详细说明的通过水蒸气加湿的氧气气体从该反应气体导入管12导入供给室8a，此后，沿毛细管10的外周流向传感器元件11a侧。其结果，构成毛细管10供给的组分气体SG和反应气体导入管12供给的加湿氧气WO从几乎相同的方向分别供给传感器元件11a。

如此，分离柱3供给的载气CG和各组分气体SG通过毛细管10供给传感器元件11a，加湿氧气WO则从毛细管10的外侧供给传感器元件11a，因此，供给传感器元件11a的各组分气体SG不会因加湿氧气WO而被稀释，而且也不会在传感器室9a内扩散。

因此，金属氧化物型半导体式气体传感器11可准确检测气体。在此，应尽量使毛细管10的开口部靠近传感器元件11a，优选两者间隔设定在1～5mm左右。

而且，该毛细管10位于圆筒状的传感器室9a的中心线上，传感器元件11a也位于相同的中心线上，因此，来自毛细管10的各组分气体SG供给传感器元件11a后，不会在该传感器元件11a的附近滞留，会迅速地从传感器元件11a处离开。通过该结构，可实现气体检测响应的迅速化。

来自金属氧化物型半导体式气体传感器11的信号，例如，电阻值或电流值的变化将在数据处理装置5中处理，并绘制上述气相色谱图。

加湿氧气WO，例如可由加湿氧气生成器13生成。该加湿氧气生成器13是由向传感器元件11a供给氧气的氧气供给部和向传感器元件11a供给气态水即水蒸气的水蒸气供给部合为一体所组成的。

氧气供给部由供给氧气或含氧空气的氧气供给管14所构成。水蒸气供给部15由容纳水蒸气生成用水W、且配备有附图以外的加热器的容器16以及与该容器16联通的水蒸气供给管17所构成。而且，安装在氧气供给管14前端的发泡器14a插入水蒸气生成用水W之中，来自氧气供给管14的氧气经发泡器14a排入水中时将产生气泡，即产生加湿氧气WO，该加湿氧气WO再经水蒸气供给管17和反应气体导入管12被导入供给室8a。

该加湿氧气生成器13生成例如氧气的相对湿度在40％以上的加湿氧气WO，优选生成相对湿度为40～80％的加湿氧气WO。设定该加湿氧气WO至少在金属氧化物型半导体式气体传感器11检测气体的过程中，每单位时间内以几乎一定的流量供给金属氧化物型半导体式气体传感器11的传感器元件11a。

但是，对于传感器元件11a，并非需要供给加湿氧气WO，例如，也可以是将氧气供给管14和水蒸气供给管17分别连接于供给室8a，将氧气和水蒸气分别供给传感器元件11a的结构。

为了确认本发明的检测效果，实际使用气相色谱法GC进行了气体分析实验，对于其实验例和比较例随后将作说明。

实验例和比较例的分析实验均在约25℃的室温下，具体在20～30℃的温度条件下进行，在实验例中，加湿氧气WO中的氧气相对湿度设定在40～80％的范围内。

在实验例和比较例中，作为试样S，配制了分别包含约5ppm的己醛、乙酸异戊酯、2-辛酮、三甲基吡嗪、柠檬烯、1-辛醇、二丁基硫醚等七种成分的溶液，将该溶液(1μL)以分离比约1∶7的条件下在内径0.32mm的分离柱内进行分离。

[实验例]

在实验例中，分析上述试样时，将载气CG的流量设定为约2mL/分钟，加湿氧气气体得到的加湿氧气WO的流量设定为约10mL/分钟并进行分析。

其结果如图3所示，纵轴表示传感器输出(微伏：μV)，横轴表示时间(分钟)。

[比较例]

在比较例中，分析上述试样时，与实验例一样，将载气CG的流量设定为约2mL/分钟，但是，不需要加湿氧气气体，将该未加湿的氧气气体的流量设定为约10mL/分钟并进行分析。

其结果如图4所示，纵轴表示传感器输出(微伏：μV)，横轴表示时间(分钟)，纵轴与横轴均与图3一样，设定为相同刻度。

在该实验例和比较例中，例如，比较第5个的峰值(右旋柠檬烯)，从检测开始至检测结束的时间，在实验例中为T1，比较例中为T2，可见T1的时间明显较短。

如果从检测开始至检测结束的时间短，则意味着其响应迅速，另外，还意味着例如即使紧随第5个峰值后的其它组分气体的峰值来临，也能准确地检测出来。因此，从该实验例和比较例的结果可知，通过向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气和水蒸气，与仅供给氧气的情况相比，其响应和灵敏度得到了大幅度改善。

本发明可利用于配备金属氧化物型气体传感器、一边向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气一边检测对象气体的气相色谱分析等中。

Claims

1.一种气体检测方法，其为一边向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气，一边检测检测对象气体的气体检测方法，

其中，一边向上述传感器元件供给水蒸气，一边检测上述检测对象气体。

2.如权利要求1所述的气体检测方法，其中，上述检测对象气体是通过分离柱分离后的组分气体。

3.一种气体检测装置，其为配备有向金属氧化物型气体传感器的传感器元件供给氧气的氧气供给部的气体检测装置，

其中，设有向上述传感器元件供给水蒸气的水蒸气供给部。

4.如权利要求3所述的气体检测装置，其中，利用上述水蒸气供给部供给的水蒸气加湿上述氧气供给部供给的氧气，从而得到加湿氧气，并将该加湿氧气供给上述传感器元件。

5.如权利要求4所述的气体检测装置，其中，将上述氧气供给部供给的氧气通入容纳于上述水蒸气供给部中的水蒸气生成用水之中，从而得到上述加湿氧气。

6.如权利要求4所述的气体检测装置，其中，上述加湿氧气中的氧气相对湿度大于等于40％。

7.如权利要求4所述的气体检测装置，其中，上述加湿氧气中的氧气相对湿度为40～80％。

8.如权利要求4所述的气体检测装置，其中，在上述金属氧化物型气体传感器进行气体检测过程中，上述加湿氧气在每单位时间内以几乎一定的流量供给上述传感器元件。

9.如权利要求3所述的气体检测装置，其中，上述气体检测装置配备有将检测对象气体分离成多个组分气体的分离柱，上述金属氧化物型气体传感器将由该分离柱分离后的组分气体作为检测对象。

10.如权利要求9所述的气体检测装置，其中，上述组分气体和上述加湿氧气分别从几乎相同的方向供给上述传感器元件。