一氧化碳檢測方法原理

A. 如何測空氣中一氧化碳濃度

目前普遍採用的是電化學的檢測方法。

最早的電化學感測器可以追溯到20世紀50年代，當時用於氧氣監測。到了20世紀80年代中期，小型電化學感測器開始用於檢測PEL范圍內的多種不同有毒氣體，並顯示出了良好的敏感性與選擇性。目前，為保護人身安全起見，各種電化學感測器廣泛應用於許多靜態與移動應用場合。

工作原理

電化學感測器通過與被測氣體發生反應並產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學感測器由感測電極（或工作電極）和反電極組成，並由一個薄電解層隔開。

氣體首先通過微小的毛管型開孔與感測器發生反應，然後是憎水屏障，最終到達電極表面。採用這種方法可以允許適量氣體與感測電極發生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質漏出感測器。

穿過屏障擴散的氣體與感測電極發生反應，感測電極可以採用氧化機理或還原機理。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進行催化。

通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由於該過程中會產生電流，電化學感測器又常被稱為電流氣體感測器或微型燃料電池。

在實際中，由於電極表面連續發生電化發應，感測電極電勢並不能保持恆定，在經過一段較長時間後，它會導致感測器性能退化。為改善感測器性能，人們引入了參考電極。

參考電極安裝在電解質中，與感測電極鄰近。固定的穩定恆電勢作用於感測電極。參考電極可以保持感測電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒有電流流動。氣體分子與感測電極發生反應，同時測量反電極，測量結果通常與氣體濃度直接相關。施加於感測電極的電壓值可以使感測器針對目標氣體。

電化學感測器包含以下主要元件：

A. 透氣膜（也稱為憎水膜）：透氣膜用於覆蓋感測（催化）電極，在有些情況下用於控制到達電極表面的氣體分子量。此類屏障通常採用低孔隙率特氟隆薄膜製成。這類感測器稱為鍍膜感測器。或者，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆蓋，而用毛管控制到達電極表面的氣體分子量。此類感測器稱為毛管型感測器。除為感測器提供機械性保護之外，薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能。為傳送正確的氣體分子量，需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸。孔徑尺寸應能夠允許足量的氣體分子到達感測電極。孔徑尺寸還應該防止液態電解質泄漏或迅速燥結。

B. 電極：選擇電極材料很重要。電極材料應該是一種催化材料，能夠執行在長時間內執行半電解反應。通常，電極採用貴金屬製造，如鉑或金，在催化後與氣體分子發生有效反應。視感測器的設計而定，為完成電解反應，三種電極可以採用不同材料來製作。

C. 電解質：電解質必須有夠促進電解反應，並有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須與參考電極形成穩定的參考電勢並與感測器內使用的材料兼容。如果電解質蒸發過於迅速，感測器信號會減弱。

D. 過濾器：有時候感測器前方會安裝洗滌式過濾器以濾除不需要的氣體。過濾器的選擇范圍有限，每種過濾器均有不同的效率度數。多數常用的濾材是活性炭，如圖5所示。活性炭可以濾除多數化學物質，但不能濾除一氧化碳。通過選擇正確的濾材，電化學感測器對其目標氣體可以具有更高的選擇性。

電化感測器的製造方法多種多樣，最終取決於要檢測的氣體和製造商。然而，感測器的主要特性在本質上非常相似。以下介紹電化感測器的一些共同特性：

1．在三電極感測器上，通常由一個跳線來連接工作電極和參考電極。如果在儲存過程中將其移除， 則感測器需要很長時間來保持穩定並准備使用。某些感測器要求電極之間存在偏壓，而且在這種情況下，感測器在出廠時帶有九伏電池供電的電子電路。感測器穩定需要30分鍾至24小時，並需要三周時間來繼續保持穩定。

2．多數有毒氣體感測器需要少量氧氣來保持功能正常。感測器背面有一個通氣孔以達到該目的。建議在使用非氧氣背景氣應用場合中與製造商執行復檢。

3．感測器內電池的電解質是一種水溶劑，用憎水屏障予以隔離，憎水屏障具有防止水溶劑泄漏的作用。然而，和其它氣體分子一樣，水蒸汽可以穿過憎水屏障。在大濕度條件下，長時間暴露可能導致過量水分蓄積並導致泄漏。在低潮濕條件下，感測器可能燥結。設計用於監控高濃度氣體的感測器具有較低孔率屏障以限制通過的氣體分子量，因此它不受濕度影響，和用於監控低濃度氣體的感測器一樣，這種感測器具有較高孔率屏障並允許氣體分子自由流動。

壓力與溫度
電化學感測器受壓力變化的影響極小。然而，由於感測器內的壓差可能損壞感測器，因此整個感測器必須保持相同的壓力。電化學感測器對溫度也非常敏感，因此通常採取內部溫度補償。但最好盡量保持標准溫度。
一般而言，在溫度高於25°C時，感測器讀數較高；低於25°C時，讀數較低。溫度影響通常為每攝氏度0.5%至1.0%，視製造商和感測器類型而定。

選擇性
電化學感測器通常對其目標氣體具有較高的選擇性。選擇性的程度取決於感測器類型、目標氣體以及感測器要檢測的氣體濃度。最好的電化學感測器是檢測氧氣的感測器，它具有良好的選擇性、可靠性和較長的預期壽命。其它電化學感測器容易受到其它氣體的干擾。干擾數據是利用相對較低的氣體濃度計算得出。在實際應用中，干擾濃度可能很高，會導致讀數錯誤或誤報警。

預期壽命
電化學感測器的預期壽命取決於幾個因素，包括要檢測的氣體和感測器的使用環境條件。一般而言，規定的預期壽命為一至三年。在實際中，預期壽命主要取決於感測器使用中所暴露的氣體總量以及其它環境條件，如溫度、壓力和濕度。

小結
電化學感測器對工作電源的要求很低。實際上，在氣體監測可用的所有感測器類型中，它們的功耗是最低的。因此，這種感測器廣泛用於包含多個感測器的移動儀器中。它們是有限空間應用場合中使用最多的感測器。
感測器的預期壽命由其製造商根據他們認為正常的條件進行預測。然而，感測器的預期壽命很大程度上取決於環境污染、溫度及其暴露的濕度。

典型的電化學感測器的規格

感測器類型：2或3電極，通常為3電極

范圍：可允許暴露極限的2-10倍

預期壽命：正常為12至24個月，取決於製造商與感測器

溫度范圍：–40°C至+45°C

相對濕度：15-95%，無凝露

響應時間：< 50秒

長期偏移：每月下移2%

B. 鐓ゆ皵媯嫻嬩華鐨勫師鐞嗕嬌鐢ㄦ柟娉曚粙緇嶄互鍙婂搧鐗屼環鏍兼帹鑽

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C. 怎麼檢驗一氧化碳

1、看是否可以燃燒；

2、燃燒時火焰上方罩1乾燥燒杯，證明其無水生成。（排除其他氣態有機物干擾）

3、燃燒生成的氣體通入澄清石灰水溶液，有白色沉澱生成，則燃燒產物是二氧化碳，原氣體是一氧化碳。

一氧化碳分子中碳元素的化合價是+2，能進一步被氧化成+4價，從而使一氧化碳具有可燃性和還原性，一氧化碳能夠在空氣中或氧氣中燃燒，生成二氧化碳。化學方程式：

(3)一氧化碳檢測方法原理擴展閱讀：

在加熱和加壓的條件下，它能和一些金屬單質發生反應，組成分子化合物。如Ni(CO)₄（四羰基鎳）、Fe(CO)₅（五羰基鐵）等，這些物質都不穩定，加熱時立即分解成相應的金屬和一氧化碳，這是提純金屬和製得純一氧化碳的方法之一。

由於在一定條件下CO可與粉末狀NaOH反應生成甲酸鈉，因此可以將CO看作是甲酸的酸酐。

一氧化碳常溫下化學性質穩定，但是仍然可以一些參與反應，但是特別注意，單純的高錳酸鉀溶液不能與一氧化碳反應。

常見的常溫下氧化CO的反應如下：

另外，一氧化碳可以和氫氣化合，生成簡單的有機物，表現氧化性。

CO+2H₂==高溫催化劑==CH₃OH

CO+3H₂==高溫催化劑==CH₄+H₂O