[发明专利]一种光纤气体传感器

说明书

技术领域：

本发明属于有害气体检测的技术领域，特别涉及检测光气及挥发性有机物气体的光纤气体传感器。

背景技术：

光气及挥发性有机物(VOCs)气体，如：苯、甲苯、二甲苯、乙醛、丙醛、甲醇、乙醇、乙烷、三乙胺等是人类生存环境和工业生产中，如化学及化学制品、石油及煤制品、印刷业、鞋及成衣制品和橡胶制品中普遍存在的有机污染物，需要检测分析。VOCs气体易通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体而产生毒害，可引起人体感官刺激以及其他许多不适症状，VOCs气体长期暴露对人体具有致畸、致突变和致癌等危害，也是产生不良建筑物综合征(SBS)的主要原因之一。光气是一种特殊的工业生产原料，它具有极大的毒性，十分微量的光气就足以使一名成年人丧命。因此开发一种灵敏度高、结构简单、实用安全方便的检测光气及VOCs气体的光纤气体传感器对治理污染，保护环境具有实际重要的意义。

现有检测光气及挥发性有机物(VOCs)气体的方法，主要有气相色谱法、色谱-质谱联用仪和传感器技术。但直读式色谱-质谱联用价格昂贵，不易推广应用，而直读仪器的检测误差较大，不能准确定量。热解吸-气相色谱法在实施该方法中发现热解吸率较低，达不到所规定的准确度。检测气体的传感器一般有压电传感器和吸收光谱型传感器。压电传感器难以实现单一物质选择性检测，但与色谱分离技术结合后，有望克服这一缺陷，实现物质的选择性检测，工作温度高，功耗大，器件制作工艺复杂，选择性差等缺点；吸收光谱型传感器利用不同物质的吸收光波长不同，采用不同波长的光入射，可以测定不同的物质，该波长的光与其它物质相互作用后，波长会发生移动，通过信号采集和处理系统计算从而确定该物质的浓度。在吸收型传感器中光纤传感器又具有独特的优点：灵敏度高，质量轻，传输损耗少，可传输信号的频带宽，电绝缘性能好，耐火、耐水性好，抗电磁干扰性强，可绕行好，可实现不带电的全光纤探头等优点。

如申请号为200510012344.5的“一种光纤气体传感器”专利，公开的光纤气体传感器包括：有普通实心光纤连接的光源、耦合器、气体吸收池、对比光纤、光电探测器，信号采集和处理系统。该专利是气体直接与光纤传感器的固体敏感物质接触，存在着气体吸附量有限，气体物质与敏感物质不能充分接触和充分反应，从而使灵敏度降低；敏感物质为一次性使用，由于敏感物质与气体不能充分接触和充分反应，会造成资源浪费；光纤采用单进单出的形式，检测的是目标物质的某个信息，存在着选择性识别能力差等缺点而影响此类传感器的推广和应用。

发明内容：

本发明的目的是针对现有光纤气体传感器的不足之处，提供一种光纤气体传感器。该传感器具有气体敏感性好、性能稳定、选择性识别能力强、灵敏度高、响应时间短、使用安全方便及可检测光气及多种易挥发性的有机化合物等特点。通过构建金属卟啉溶液光纤气体传感器，克服了现有光纤传感器敏感物质与气体不能充分接触和充分反应，造成资源浪费选择性识别能力差，灵敏度低等缺点。

本发明的原理是：卟啉为大环π电子离域体系、外环上可接多种取代基、中心金属可以改变、即分子具有可修饰性，有很强的吸光特性，尤其是与过渡金属络合后。由于卟啉含有一大共轭体系，拥有生色基团，所以利用紫外、红外、荧光、磷光、拉曼等光谱技术都可以检测到它的微小变化。当遇到光气及挥发性有机物时，波长发生移动，遇到不同的挥发性有机物，波长移动的距离不同，从而确定具体的物质。例如，已有的研究发现：钴卟啉对甲醇和乙醇等类物质和己烷等烷类具有有灵敏性，锌卟啉对光气、苯、甲苯、二甲苯等芳香类和三甲胺等胺类物质具有有灵敏性，锰卟啉对乙醛、丙醛等醛类物质和胺类物质具有敏感性，铑卟啉对己烷等烷类具有有灵敏性，铅卟啉对氨和胺类物质具有灵敏性，铁卟啉对芳香类、胺类和烷烃类物质具有灵敏性。因此用钴、锌、锰、铑、铅和铁卟啉及一些其他金属卟啉制成的敏感元件能成功地对光气、三乙胺、己烷、乙醇、甲醇、苯等气体进行检测。