CN202903632U - 简易丙酮气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种简易丙酮气体检测装置，该装置由两个进气管（1、2）合并成的一路进气管（14）通过干燥管（5）后进入检测瓶（10）底部，检测瓶（10）上用橡胶塞（8）密封，所述橡胶塞（8）中插有一个石英晶体传感器（6）和出气管（9），其中涂敷在石英晶体传感器（6）上的涂膜材料为C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯，它可以通过弱氢键作用高灵敏、高选择性地吸附丙酮气体分子，所述石英晶体传感器（6）与振荡电路（11）连接，振荡电路（11）由直流电源（12）驱动、并与频率计数器（13）相连接，构成一个完整的传感检测回路。该装置制作简便，能准确、快速地检测出环境大气中丙酮的浓度，并能用于在线监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种简易的丙酮（CH3COCH3）气体传感检测装置，该装置能准确、快速地检测出环境大气中丙酮的浓度，并能用于在线监测。
背景技术
丙酮是重要的工业有机原料，也是居民生活区和工业生产区的主要有毒空气污染物之一，对人和动物的眼、鼻、喉有强烈的刺激作用，吸入大量丙酮气体会引起乏力、恶心、头痛、头晕、易激动等症状，严重者会发生呕吐、气急、痉挛、肝中毒，甚至昏迷。美国职业安全与健康管理局（OSHA）规定空气中所允许的丙酮最大浓度为750 ppm，因此对环境大气中微量丙酮的灵敏监测具有十分重要的意义。目前丙酮的测定方法主要有分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法、红外光谱法、质谱分析法等，这些方法由于操作环节多，费时费力，不适于在线监测丙酮气体的浓度，因此需要找到一种造价便宜、操作简便，并能达到准确、快速测定丙酮气体浓度的仪器装置。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简易的丙酮气体检测装置，该装置易于制备、操作方便、可反复使用，能在数分钟内准确地检测出丙酮气体的浓度，并能用于环境大气中丙酮的测定分析。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种能检测丙酮气体的简易装置，该装置包括两个进气管路和一个出气管路，所述两个进气管合并成的一路进气管通过干燥管后进入检测瓶底部，干燥管内填充物质为无水CaCl2，检测瓶上用橡胶塞密封，所述橡胶塞中插有一个石英晶体传感器和所述的出气管，涂敷在石英晶体传感器上的涂膜材料是1：1的C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯，所述石英晶体传感器与晶体管-晶体管-逻辑（TTL）振荡电路连接，所述振荡电路由直流电源驱动、并与频率计数器连接，构成一个完整的传感检测回路。其特征是装置的各部分设计、石英晶体传感器的应用和对丙酮气体有特异吸附功能的涂膜材料C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯的使用，通过大量实验数据发现，涂敷于石英晶体传感器上的涂膜材料C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯的量为5~45微克之间时的检测效果最佳。整个装置由以上几个部件组装而成，易拆除更换，便于携带。其工作原理是丙酮气体被选择性地吸附在涂膜材料C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯上，产生的微小质量变化会使传感器的谐振频率发生变化，以频率变化值来计算所测气样中的丙酮浓度。该气体传感检测装置对丙酮气体具有高灵敏度和宽检测范围，且选择性、重现性和可逆性良好，可应用于环境大气中丙酮的监测。
在装置的设计上，氮气和丙酮气样的两个进气管路的开关可独立控制，氮气和丙酮气样可交替进入检测瓶内。氮气可以使吸附在所述涂膜材料上的丙酮气体脱附，使传感器谐振频率恢复到初值。整个过程在5分钟以内就可以完成，随后就能继续用于下一次的检测，所以该装置能有效地减少检测时间和简化操作过程。
本实用新型的有益效果是，可以准确、快速、连续地测定丙酮气体的浓度，且装置结构简单，易于便携和智能化改造，因而可用于环境大气中丙酮的分析检测、在线监测等。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1 是简易丙酮气体检测装置的示意图。
图2 是石英晶体传感器的频率变化值（以Hz表示）与丙酮气体对应浓度（ppm）的关系曲线图。
具体实施方式
图1中1.气样进气管，2.氮气进气管，3.气样进气管开关，4.氮气进气管开关，5.干燥管，6.石英晶体传感器，7.出气管开关，8.橡胶塞，9.出气管，10.检测瓶，11.振荡电路，12.直流电源，13.频率计数器，14. 进气管1、2合并成的一路进气管。
图2是把19微克的C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯涂敷于石英晶体传感器上，通过加入丙酮标准样品，可得到丙酮气体浓度与响应频率变化值的关系曲线，该曲线拟合的方程为：
y = -0.54236 + 0.03626 x
式中y表示丙酮的浓度(ppm)，x表示频率变化值ΔF(Hz)。上述关系曲线是在室温24℃时绘制的。
如图1中所示，两个进气管1、2合并成的一路进气管14通过干燥管5后进入检测瓶10底部，检测瓶10可以是玻璃制的，也可以是塑料制的，大小可取0.5L。检测瓶10上用橡胶塞8密封，橡胶塞8中插有一个石英晶体传感器6和出气管9，石英晶体传感器6与振荡电路11连接，振荡电路11由直流电源12驱动、并与频率计数器13相连接，这样就方便地组装成一个完整的传感检测回路。要提到的是，石英晶体传感器6上所述涂膜材料C-乙基间苯二酚杯[4]芳烃/邻苯二甲酸二壬酯是此传感检测的关键物质，它可以通过弱氢键作用对丙酮进行高灵敏地选择性吸附。橡胶塞8与检测瓶10、出气管9与橡胶塞8都是紧密连接的，以此保证检测瓶10的整体密封性良好。
具体检测的操作过程如下：
1. 首先打开电源，使振荡电路11起振，此时频率计数器13会显示出振荡的频率，然后打开氮气进气管开关4和出气管开关7，待其频率显示稳定时关闭氮气进气管开关4和出气管开关7，记录下初始频率值F1；
2. 然后打开气样进气管开关3和出气管开关7，待频率计数器13显示稳定时，关闭气样进气管开关3和出气管开关7，记录下频率值F2；
3. 每个气样的频率响应值(ΔF，Hz)可由下式得出：ΔF=F1－F2，把ΔF代入到图2的工作曲线方程中，即可算出气样中丙酮的浓度值；
4. 检测完毕后，打开出气管开关7和氮气进气管开关4，使频率计数器13显示频率恢复到初始频率值F1，然后关闭所有气路，以备下次检测用。
本实用新型可以应用于环境大气中丙酮气体的在线分析监测。所使用的石英晶体传感器具有实时响应性能，能及时反映出被检测气样中丙酮的浓度。只要将气样管路连接至监测点，就可以达到远距离监控的目的。
Claims (2)
1.一种简易丙酮气体检测装置，其特征是：该装置由两个进气管（1、2）合并成的一路进气管（14）通过干燥管（5）后进入检测瓶（10）底部，检测瓶（10）上用橡胶塞（8）密封，橡胶塞（8）中插有一个石英晶体传感器（6）和出气管（9），石英晶体传感器（6）与振荡电路（11）连接，振荡电路（11）由直流电源（12）驱动、并与频率计数器（13）相连接，构成一个完整的传感检测回路。
2.根据权利要求1所述的简易丙酮气体检测装置，其特征是：两个进气管路（1、2）的开关（3、4）可独立控制，氮气和丙酮气样可交替进入检测瓶（10）内。
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2012
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