电化学传感器制造技术

一种电化学H2S传感器包括：壳体；电解质，设置在壳体内；和多个电极，与壳体内的电解质接触。所述多个电极包括多孔工作电极，所述多孔工作电极包括疏水的第一表面和利用表面活性剂处理的第二表面。第一表面暴露于环境气体，并且利用表面活性剂处理的第二表面与电解质接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学传感器相关申请的交叉引用不适用。关于联邦赞助研究或开发的声明不适用。缩微胶片附录的引用不适用。
技术介绍
在针对硫化氢(H2S)的存在进行监测时，可能存在其它气体(诸如，一氧化碳(CO))。该附加气体可能在硫化氢传感器中的工作电极处发生反应。例如，工作电极可以包括贵金属，所述贵金属可以催化硫化氢和一氧化碳二者的反应。作为结果，一氧化碳的存在可能在硫化氢传感器中产生横向灵敏度，从而导致如下虚假印象：与实际存在的硫化氢相比，更大水平的硫化氢存在于环境气体中。由于硫化氢的存在所呈现的危险，用于触发警报的阈值水平可能相对较低，并且由于一氧化碳的存在而导致的横向灵敏度可能足够高从而产生硫化氢传感器的虚假警报。通过在存在包括CO和H2S的多种气体的情况下校准传感器，一些传感器针对横向灵敏度被校正。H2S的读数能够被校正以计及CO的存在，这可能在不存在CO的情况下导致人为较低的H2S读数。当H2S存在于正被监测的气体中时，这个低读数可能产生安全危险。
技术实现思路
在实施例中，一种电化学H2S传感器包括：壳体；电解质，设置在壳体内；和多个电极，与壳体内的电解质接触。所述多个电极包括多孔工作电极，所述多孔工作电极包括疏水的第一表面和利用表面活性剂处理的第二表面。第一表面暴露于环境气体，并且利用表面活性剂处理的第二表面与电解质接触。在实施例中，一种电化学H2S传感器包括：壳体；电解质，设置在壳体内；参考电极，设置在壳体内并且与电解质接触；反电极，设置在壳体内并且与电解质接触；和多孔工作电极。多孔工作电极包括基底，基底包括碳和疏水材料。基底的第一表面是疏水的，并且基底的第二表面被利用含氟表面活性剂处理，第二表面与第一表面相对。第一表面暴露于环境气体，并且利用含氟表面活性剂处理的第二表面与电解质接触。在实施例中，一种检测硫化氢的方法包括：将包括硫化氢的环境气体接收到壳体中；使环境气体与多孔工作电极接触；允许硫化氢扩散通过工作电极以与电解质接触；响应于在工作电极的第二表面处硫化氢和电解质之间的反应，在工作电极和反电极之间产生电流；以及基于该电流确定环境气体中的硫化氢的浓度。多孔工作电极包括基底，基底包括碳和疏水材料。基底的第一表面是疏水的，并且基底的与第一表面相对的第二表面被利用含氟表面活性剂处理。所述方法还可以包括：在基底中的碳上吸附一氧化碳；以及通过多孔工作电极防止一氧化碳的至少一部分接触电解质。根据下面结合附图进行的详细描述和权利要求，将会更清楚地理解这些和其它特征。附图说明为了更完整地理解本公开，现在参照结合附图和具体实施方式进行的下面的简要描述，附图中相似的附图标记代表相似的部分。图1示意性地图示根据实施例的电化学传感器的剖视图。图2图示在示例1中描述的条件下对暴露于25ppmH2S的传感器响应。图3图示在示例1中描述的条件下对暴露于50ppmCO的传感器响应。具体实施方式首先，应该理解，虽然以下说明了一个或多个实施例的说明性实现方式，但可使用任何数量的技术(无论是当前已知的技术还是尚未存在的技术)实现公开的系统和方法。本公开绝不应该局限于以下说明的说明性实现方式、附图和技术，而是可在所附权利要求的范围以及它们的等同物的全部范围内被修改。下面的术语的简要定义应该遍及本申请适用：术语“包括”表示包括但不限于，并且应该被以它通常被用在专利情境中的方式被解释；短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等通常表示：跟在该短语之后的特定特征、结构或特性可被包括在本专利技术的至少一个实施例中，并且可被包括在本专利技术的超过一个实施例中(重要的是，这种短语未必指代同一实施例)；如果说明书将某个事物描述为“示例性”或“示例”，则应该理解，其指代非排他性示例；如本领域技术人员所理解的，当与数字一起使用时，术语“大约”或“近似”等可表示特定数字，或者替代地，表示接近所述特定数字的范围；以及如果说明书指出部件或特征“可以”、“能够”、“可能”、“应该”、“将会”、“优选地”、“有可能”、“通常”、“可选地”、“例如”、“经常”或“也许”(或其它这种语言)被包括或具有特性，则该特定部件或特征未必被包括或具有所述特征。在一些实施例中，这种部件或特征可以可选地被包括，或者它可被排除。由于H2S气体的极端毒性，各种国家已创建了限制个人暴露于该气体的规章。例如，2010年美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)已确定H2S安全值为1ppm的8小时时间加权平均(TWA-8hr.)和5ppm的15分钟短期暴露(STEL-15min)。各种传感器已被开发以检测大气中H2S的存在和浓度。使用贵金属催化剂来允许H2S发生反应以产生可测量电流的电化学传感器也可催化其它气体种类(诸如，CO)的反应来产生电流。例如，10ppmCO的环境浓度可以在具有低横向灵敏度的传感器中产生H2S的大约5ppb的横向灵敏度。然而，低横向灵敏度传感器的使用可能经历慢响应时间，由此使传感器在一些情况下不适宜。其它传感器可能具有更快的响应时间，但也可能具有更高的对CO的横向灵敏度。例如，50ppmCO的环境浓度可产生大约0.5到大约2.3ppmH2S之间的横向灵敏度读数。这个读数可能足以引起针对8小时平均的虚假警报，并且当存在更高浓度的CO时，可能产生针对短期暴露的虚假警报。为了解决用于检测H2S的电化学传感器中的环境气体的横向灵敏度，具有多层设计的工作电极可以被用在H2S传感器中。所述两个层能够包括疏水基底或经疏水处理的基底作为第一层和包括利用表面活性剂处理的基底的表面的第二层。表面活性剂可以包括含氟表面活性剂。这种设计大大减小H2S传感器对CO的横向灵敏度，同时表现出相对较快的响应时间。横向灵敏度的减小也可以减少或消除由校准偏移所引起的错误读数，校准偏移由对CO的低反应性而导致。图1是电化学传感器10的剖视图。传感器10通常包括壳体12，壳体12定义腔或储存器14，腔或储存器14被设计为保存电解质溶液。具有气体可渗透薄膜的工作电极24可以被放置在开口28和储存器14之间。气体可渗透薄膜可允许待检测气体进入储存器14并且与工作电极24发生反应。反电极16和参考电极20可以位于储存器14内。当气体在储存器14内发生反应时，电流和/或电势可以形成在电极之间以提供气体浓度的指示。参考电极20还可位于储存器14内以便为在工作电极24和反电极16之间检测到的电流和电势提供参考。壳体12定义内部储存器14，并且一个或多个开口28可以被设置在壳体中以允许待检测气体进入壳体12到气体空间26中。壳体12通常可以由对电解质和正被测量的气体而言基本上惰性的任何材料形成。在实施例中，壳体12可以由聚合材料、金属或陶瓷形成。储存器包括反电极16、参考电极20和工作电极24。在一些实施例中，电解质可以被包含在储存器14内，并且反电极16、参考电极20和工作电极24可以通过电解质电气接触。在一些实施例中，多孔隔离器或其它多孔结构(例如，吸附芯等)可以被用于使电解质保持与电极接触。多孔隔离器可以包括例如聚合物或玻璃纤维，并且可以延伸到储存器中以便为电解质提供通向电极的路径。在实施例中，隔离器18可以被设置在反电极16和参考电极20之间，并且隔离器22可以被设置在参考电极20和工作电极24之间。在实施例中，电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学H2S传感器，包括：壳体(12)；电解质，设置在壳体内；和多个电极(24、16)，与壳体(12)内的电解质接触，其中所述多个电极(24、16)包括多孔工作电极(24)，其中所述多孔工作电极包括疏水的第一表面和利用表面活性剂处理的第二表面，其中第一表面暴露于环境气体，并且其中利用表面活性剂处理的第二表面与电解质接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学H2S传感器，包括：壳体(12)；电解质，设置在壳体内；和多个电极(24、16)，与壳体(12)内的电解质接触，其中所述多个电极(24、16)包括多孔工作电极(24)，其中所述多孔工作电极包括疏水的第一表面和利用表面活性剂处理的第二表面，其中第一表面暴露于环境气体，并且其中利用表面活性剂处理的第二表面与电解质接触。2.如权利要求1所述的传感器，其中所述工作电极(24)导电。3.如权利要求1所述的传感器，其中所述工作电极(24)包括多孔复写纸。4.如权利要求3所述的传感器，其中所述多孔复写纸具有浸渍在它里面的疏水聚合物。5.如权利要求1所述的传感器，其中所述表面活性剂包括含氟表面活性剂。6.如权利要求1所述的传感器，其中所述表面活性剂包括全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯、全氟烷基乙基聚（环氧乙烷）乙醇、3-（全氟烷基乙硫基）丙酸锂盐、全氟烷基磺酸盐和其任何组合。7.如权利要求1所述的传感器，其中所述表面活性剂是全氟烷基磺酸盐。8.如权利要求1所述的传感器，其中所述电解质包括按照重量具有大约30%到大约60%之间的浓度的LiCl。9.如权利要求1所述的传感器，其中所述电解质包括具有大约6M到大约10M之间的浓度的硫酸。10.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个电极(24、16)包括反电极(16)，其中反电极(16)包括设置在PTFE薄膜上的PTFE和Pt-Ru的混合物。11.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个电极包括参考电极(20)，其中参考电极(20)包括设置在PTFE薄膜上的PTFE和Pt-Ru的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玉忠，周华方，魏娜，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US