[发明专利]一种光电流二氧化碳传感器

说明书

本发明公开了一种光电流二氧化碳传感器，属于传感器技术领域，用于液体中二氧化碳浓度检测。所述光电流二氧化碳传感器包括工作电极以及用来照射工作电极产生光电流的激发光源，所述工作电极包括电极基底以及覆着于其表面的二氧化钛膜，二氧化钛膜的外层还覆有二氧化碳敏感膜。本发明采用具有优异光电性能的二氧化钛修饰工作电极，对其表面二氧化碳敏感膜与二氧化碳分子作用后造成变化的光生电子进行收集，进而通过三电极体系或者两电极体系检测光电流变化来测量液体中二氧化碳含量。本发明提供的光电流二氧化碳传感器具有灵敏度高、线性范围宽、制备简单、操作容易等优势。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种光电流二氧化碳传感器。

背景技术

随着大气中二氧化碳含量的增加，水体中的二氧化碳含量也逐年提高，使得水体酸化，导致碳酸钙等物质在海水中的溶解度提高，水生生物如贝壳类等会受到伤害，严重影响水产养殖行业尤其是海洋渔业的发展，因此，需对水体中的二氧化碳浓度进行监控。再者，在生产碳酸饮料等过程中会加入二氧化碳气体，也需要对其浓度进行控制。此外，血液中二氧化碳分析常作为了解肺泡通气和换气功能的重要指标，也可作为反应酸碱平衡紊乱的精确指标。因此实现液体中二氧化碳的快速检测具有重要应用价值和意义。

现有的液体中二氧化碳检测方法主要有库伦滴定法、气相色谱法、红外分光光度法、荧光淬灭法等。其中库伦滴定法、气相色谱法检测结果精度高，但其设备复杂，所需样品量大，测量时间长，无法满足原位在线监测的要求。

红外分光光度法则是利用了二氧化碳选择性吸收特定波段红外光的原理，样品进入检测室后，用红外光对其照射，由于二氧化碳可以选择性地吸收特定波段的红外光谱，从而使该波段的透射光强减小，通过光学传感器检测光强信号，最后经过计算可得到二氧化碳浓度，如已有产品Contros HydroC/CO₂FT即采用该原理，其在水下的探头通过抽水泵，将水抽至探头内部，并经过疏水膜、气水分离器、除湿干燥室后分离出水体中的二氧化碳气体成份，再将气体通入检测室中用上述红外光学方法检测二氧化碳含量，测量精度为1ppm。另外，已有专利例如CN 103454238提出了一种采用4.27微米波长红外光内部全反射监测饮料中二氧化碳含量的方法，但这种方法对于二氧化碳的选择性不高，容易受到具有相似吸收光谱的一氧化碳的干扰。

荧光淬灭法测量二氧化碳浓度的原理为：在特定波长激发下荧光染料会产生荧光现象，当二氧化碳分子与荧光染料分子结合后，会造成荧光发光强度的减弱，以及会缩短关闭激发光源后荧光发光时间(寿命)，通过检测荧光光强或者荧光发光时间的变化即可间接测得二氧化碳浓度。例如发明专利CN104059632A提出了一种检测微量二氧化碳的荧光试剂及制备方法，以4,4',4″-(1H-吡咯-1,2,5-三基)三苯甲酸(2-二甲氨基)作为二氧化碳敏感的荧光染料，固定在玻璃基底上，在300nm光源的激发下，检测430nm的激发荧光光强变化，计算出二氧化碳浓度，具有高灵敏性和高选择性。专利CN 202005754 U公开了以8-羟基-1,3,6-芘三磺酸纳作为二氧化碳敏感的荧光染料，固定在塑料基底上，通过460-480nm的蓝光激发，检测615nm的激发荧光强度，来确定血液中的二氧化碳。

上述基于荧光淬灭原理的二氧化碳浓度检测方法对光路设计的要求较高，检测电路复杂，成本较高。本发明提出一种以半导体二氧化钛对其表面吸附二氧化碳后造成的光电流变化进行原位检测的原理来测量二氧化碳浓度的光电流传感器，具有制备简单、信号检测容易、精度高、成本低等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、制备简单、高灵敏度的光电流二氧化碳传感器，用于液体中二氧化碳含量检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光电流二氧化碳传感器，包括工作电极以及用来照射工作电极产生光电流的激发光源，所述工作电极包括电极基底以及覆着于其表面的二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的外层覆有二氧化碳敏感膜。