改进的电化学传感器和用于通过调节电压来降低交叉敏感性以检测甲醛的方法技术

公开了一种电化学甲醛传感器（10）和一种检测甲醛的方法。电化学甲醛传感器（10）可以包括壳体（12）；布置在壳体（12）内的电解质；以及与所述壳体（12）内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极（24），所述工作电极（24）包含铱并且相对于可逆氢电极被施加大约0.9V和1V之间的电势；以及对电极（16）。其中该传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。

Improved electrochemical sensor and method for formaldehyde detection by adjusting voltage to reduce cross sensitivity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的电化学传感器和用于通过调节电压来降低交叉敏感性以检测甲醛的方法相关申请的交叉引用不适用。关于联邦赞助的研究或开发的声明不适用。对缩微胶片附录的引用不适用。
技术介绍
电化学气体传感器通常包括与电解质接触的用于检测气体浓度的电极。电极通过耦合到连接器引脚的引线电耦合到外部电路。当气体接触电解质和电极时，可发生反应，从而可以在电极之间产生电势差和/或使电流在电极之间流动。所产生的信号可以与环境中的气体浓度相关。在监视各种气体的存在时，可以存在其他气体，这些气体也可以在传感器内发生反应。例如，工作电极可以包括可以催化目标气体和干扰气体两者的反应的催化剂。作为结果，干扰气体的存在可能在传感器中产生交叉敏感性，从而导致如下虚假印象：比实际存在的更大水平的目标气体存在于环境气体中。由于各种目标气体的存在所呈现的危险，用于触发警报的阈值水平可能相对低，并且由于干扰的存在而导致的交叉敏感性可能足够高从而产生目标气体传感器的假警报（例如正误识）。在干扰气体不危险的情况下可能尤其如此（这意味着即使暴露在低水平（或甚至没有）实际有危险的气体的情况下，传感器也可能触发警报）。
技术实现思路
在实施例中，电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极和对电极，其中，所述工作电极包括铱，并且其中，所述工作电极相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于约1.1伏（V）的电势。在实施例中，一种检测甲醛的方法可以包括将环境气体接收到甲醛传感器的壳体中，其中该环境气体至少包括甲醛，其中该甲醛传感器包括与壳体内的电解质接触的多个电极，其中，该多个电极包括工作电极和对电极；向工作电极施加相对于可逆氢电极的相当于小于约1.1V的电势；使环境气体与工作电极接触，其中工作电极包括铱材料；允许环境气体扩散通过工作电极以接触电解质；响应于环境气体与工作电极第二表面处的电解质之间的反应，在多孔工作电极与对电极之间产生电流；基于该电流确定环境气体中甲醛的浓度。在实施例中，电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极，所述工作电极包含铱并且相对于可逆氢电极被施加的电势在大约0.9V至1V之间；以及对电极，其中该传感器对醇的交叉敏感性比对甲醛的敏感性小约25％。附图说明为了更加完整地理解本公开，现在对结合附图和详细描述进行的以下简要描述进行参考，其中相同的参考数字表示相同的部分。图1图示了根据本公开的实施例的电化学传感器的横截面图。图2图示了在本文所述的条件下传感器对暴露于1ppm甲醛然后暴露于3.5ppm甲醛的响应。具体实施方式应该一开始就理解，虽然下面说明了一个或多个实施例的说明性实现，但是可以使用任何数目的技术来实施所公开的系统和方法，无论是当前已知的还是尚未存在的。本公开绝不应被限制为下面所说明的说明性实现方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围连同它们的等同物的整个范围内被修改。遍及本申请，术语的以下简明定义将适用：术语“包括”意指包括但不限于，并且应该以它在专利上下文中通常使用的方式来解释；短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等等通常意指跟在该短语后面的特定特征、结构或特性可以被包括在本专利技术的至少一个实施例中，并且可以被包括在本专利技术的多于一个的实施例中（重要的是，此类短语不一定指的是相同的实施例）；如果说明书将某事物描述为“示例性”或“示例”，则应该理解它指的是非排他性示例；术语“约”或者“近似”等当与数字一起使用时可以意味着特定数字或者替代地接近于特定数字的范围，如本领域技术人员所理解的那样；以及如果说明书声明“可”、“能够”、“可以”、“应该”、“将”、“优选地”、“可能地”、“通常地”、“可选地”、“例如”、“经常”或“可能”（或其他此类语言）包括一部件或特征或具有特性，则特定部件或特征不要求被包括或不要求具有该特性。此类部件或特征可以可选地被包括在某些实施例中，或者它可以被排除。本公开的实施例包括用于检测甲醛和增加电化学传感器对甲醛的敏感性和/或降低电化学传感器对其他（干扰）气体的交叉敏感性的系统和方法。换句话说，实施例可以通过在甲醛检测期间使这种干扰气体的影响最小化来帮助减少正误识警报和/或不准确的读数。美国专利号4,692,220描述了一种使用电化学传感器检测甲醛同时降低对一氧化碳的交叉敏感性的方法和系统。然而，所描述的系统将工作电极相对于可逆氢电极保持在约1.1V至1.5V之间的固定电势，并且所描述的系统具有对醇（例如异丙醇）的显著交叉敏感性的缺点。作为改变电化学传感器的交叉敏感性的一种新颖方式，公开的实施例包括一种电化学传感器，其包括至少一个铱电极，该至少一个铱电极具有施加到至少一个电极上的电势（例如，小于约1.1伏），其中该电化学传感器可以被配置为在具有对醇的降低的交叉敏感性的情况下检测甲醛。特别是在具有增加的构造的区域中存在对低水平甲醛检测的需求。甲醛是一种常见的有毒气体，长期暴露期间证明是有害的。由于所需的检测水平较低，因此甲醛传感器可能对来自自然存在的较高浓度的（干扰）气体（诸如醇，CO等）的交叉敏感性高度敏感。使用向至少一个电极施加电势（通常小于约1.1V，例如0.9V至1V）的铱电极系统，即使在低浓度（例如1ppm）下和/或在存在（一种或多种）干扰气体的情况下也可能产生对甲醛的敏感而稳定的响应。例如，对CO的交叉敏感性可以小于约1％，以及对醇的交叉敏感性可以小于约25％。另外，使用铱电极系统的传感器可能比典型的低水平甲醛传感器便宜得多。图1是电化学传感器10的横截面示图。传感器10通常包括定义腔或储存器14的壳体12，腔或储存器14被设计为保存电解质溶液。可以将工作电极24放置在开口28和储存器14之间。对电极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（在感测电极24和电解质之间的界面处）反应时，可以在电极之间产生电流和/或电势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和对电极16之间检测到的电流和电势提供参考。参考电极20还可被配置为相对于诸如可逆氢电极的标准参考电极为工作电极24的电势提供参考。图1图示了用于电化学传感器10的“堆叠”配置的示例。本文公开的实施例还可以应用于其他传感器配置，例如平面配置和/或其他堆叠配置。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。换句话说，（一个或多个）开口28提供气体空间26与外部环境（例如，要在其中检测甲醛的环境）之间的连接。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。例如，壳体可以由包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚苯醚（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学甲醛传感器（10），包括：/n壳体（12）；/n布置在壳体（12）内的电解质；以及/n与壳体内的电解质接触的多个电极（12、16、24），其中多个电极包括工作电极（24）和对电极（16），其中工作电极（24）包括铱，并且其中工作电极（24）相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于大约1.1伏（V）的电势。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学甲醛传感器（10），包括：
壳体（12）；
布置在壳体（12）内的电解质；以及
与壳体内的电解质接触的多个电极（12、16、24），其中多个电极包括工作电极（24）和对电极（16），其中工作电极（24）包括铱，并且其中工作电极（24）相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于大约1.1伏（V）的电势。


2.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。


3.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约10％。


4.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约5％。


5.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性为所述甲醛的敏感性的约2％。


6.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对一氧化碳的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的大约1％。


7.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，相对于可逆氢电极，施加到所述工作电极（24）的电势在大约0.9V和1V之间。


8.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述工作电极（24）包括与聚四氟乙烯（PTFE）混合的铱粉。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，KFE普拉特，Y于，梁枫，T郑，B彭，
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