[发明专利]抗干扰快响应的呼气氢传感器

说明书

本发明提供了一种以Pt‑Ir贵金属合金纳米颗粒和三维多孔石墨烯复合物为传感电极材料的高稳定性、抗干扰的氢气电化学传感器。该传感器包括壳体、气体检测单元及气体过滤装置。所述气体检测单元包括工作电极、对电极、参比电极及电解液。该传感器主要用于口呼气中氢气浓度的检测，具有高灵敏度、抗干扰、较短的响应时间与高稳定性。

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，更具体地说，涉及一种抗干扰快响应的呼气氢传感器。

背景技术

呼气氢是肠道细菌代谢产生经肺部呼出的气体。呼气氢浓度，正常状态下在0-1ppm的量级，但在小肠细菌过度生长等病理条件下可显著升高超过20ppm。因此，呼气氢测试早在上世纪80年代就被提出并用来检测胃肠道疾病。目前，商业化的呼气氢测定技术主要包括两类，一类是美国QUINTRON公司的基于气相色谱柱气体分离与固态传感器检测的气相色谱仪器，另一类是欧美多家公司基于电化学氢气传感器的便携式或手持式产品。这些技术目前存在的最大缺陷包括：

（1）传感器对CO等呼气组分与湿度的抗干扰能力与稳定性较差，操作者必须时常使用配气钢瓶检验校准以及进行仪器的日常维护；

（2）传感器响应时间长，需要较长的呼气与分析时间，受试者的配合度较差。

由于上述原因，虽然商业化产品上市已经30多年，但至今仍未获得广泛的临床应用，临床上通常称这样的技术为“氢呼气试验”。事实上，这些商业化的呼气试验产品采用的主要来自英国城市技术、英国ALPHASENSE或瑞士MEMBRAPOR的电化学氢气传感器。这些传感器的响应时间通常超过40秒，对CO的干扰程度即便使用CO过滤器也会达到20%，而且具有相当于10-35ppm氢气检测浓度的零点漂移。

经过专利及文献检索，目前尚未发现一款专门用于并满足呼气氢检测要求的传感器。尽管最近的一些专利，例如CN106596684、US20150247818与CN 104483365等，披露了一些可以改善现有氢气传感器性能的技术，这些技术主要还是用于工业与环境气体检测，均没有解决或同时解决上述针对呼气氢测试存在的两个问题。

本发明的目的是开发一款适于呼气氢测试的电化学传感器，解决现有技术抗干扰能力差、响应时间长与时常标定维护的问题。

发明内容

按照本发明的目的提出一种抗干扰快响应且高稳定的呼气氢电化学气体传感器，主要用于人体呼出气中氢气浓度的检测。

电化学气体传感器中，决定气体检测的灵敏度，稳定性及选择性的首先是电极材料的催化活性及稳定性。目前大部分电化学传感器电极均采用贵金属催化剂担载于导电碳颗粒上，如炭黑、石墨、活性碳及碳纤维等材料。由于催化剂的表面效应，要求其表面积尽可能大，有必要将催化剂负载在一种具有大表面积的导电支撑材料表面，充分发挥其催化作用。前面所述几种碳粉体虽能提供大的比表面，但电活性有限且性质不稳定；贵金属纳米颗粒催化活性虽高，但电极制备过程中容易发生团聚。因此，制备出活性高且稳定的电极材料是制备稳定性高，灵敏度高，选择性好的传感器的关键。同时兼顾稳定性，灵敏度及选择性更是一个很大的挑战。

碳材料中，石墨烯因具有较大的比表面、良好的电子传导能力和机械性能等独特优点而备受关注。贵金属纳米颗粒和石墨烯复合材料用作电化学气体传感的传感电极鲜有报道，之前公开的专利CN 104483365提出了一种以贵金属和石墨烯复合材料为传感电极的电化学气体传感器，但采用的是二维片层石墨烯，结构很不稳定，极易堆积成石墨结构，比表面急剧减少，无法满足呼气氢测试的要求。