實驗環境中揮發苯氣體濃度檢測系統和檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境安全技術領域，尤其是涉及一種能夠快速、準確檢測實驗室環境 中苯濃度的實驗環境中揮發苯氣體濃度檢測系統和檢測方法。
【背景技術】
[0002] 苯是一種無色、具有特殊芳香氣味的液體，能與醇、醚、丙酮和四氯化碳互溶，微溶 于水。苯具有易揮發、易燃的特點，其蒸氣有爆炸性。經常接觸苯，皮膚可因脫脂而變干燥， 脫肩，有的出現過敏性濕疹。長期吸入苯能導致再生障礙性貧血。
[0003] 苯主要來自建筑裝飾中大量使用的化工原料，如涂料。在涂料的成膜和固化過程 中，其中所含有的苯、苯類等可揮發成分會從涂料中釋放，造成污染。
[0004] 目前對于低濃度苯檢測方法主要依靠儀器分析的方法，如氣相色譜法等。上述檢 測方法雖然可以準確的檢測環境中微量苯的濃度，但是普遍存在檢測周期長、成本昂貴等 不足；而且，需要經過專業培訓的熟練技術人員操作儀器設備，無法實現環境中微量苯的現 場準確快速檢測。
[0005] 因此，目前使用的用于微量苯的檢測系統存在靈敏度低、選擇性差、穩定性差或者 不能長期使用的問題。
[0006] 中國專利授權公告號：CN101846610A，授權公告日2010年9月29日，公開了一種 氣體檢測裝置及氣體檢測系統，其包括石英板、第一電極、第二電極及吸附層，所述石英板 具有相對的第一表面和第二表面，所述第一電極形成于第一表面，所述第二電極形成于第 二表面，所述吸附層形成于第一電極表面，所述吸附層由銥-二氧化銥納米棒組成，用于吸 附待檢測氣體，以使氣體檢測裝置的質量發生變化，從而獲得待檢測氣體的濃度。該發明存 在檢測速度慢，檢測精度低的不足。

【發明內容】

[0007] 本發明是為了克服現有技術中的氣體檢測方法的檢測周期長、成本高、設備昂貴 的不足，提供了一種能夠快速、準確檢測實驗室環境中苯濃度的實驗環境中揮發苯氣體濃 度檢測系統和檢測方法。
[0008] 為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0009] -種實驗環境中揮發苯氣體濃度檢測系統，包括控制器，存儲器、底板，設于底板 上的橫截面呈矩形的氣室、尾氣處理裝置和支撐架，設于支撐架上的導向結構和橫向絲 桿；
[0010] 所述氣室內壁頂部設有用于向下吹風的若干個風扇，氣室內側壁由上至下依次設 有至少2層氣體敏感膜、用于支撐氣體敏感膜的由電熱絲構成的金屬網、位于金屬網下部 并將氣室內分隔為上下兩部分的水平隔板，氣室內底部設有托板、檢測頭和沿托板上表面 螺旋分布的軌道，檢測頭上設有MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和苯傳感器；氣體敏感膜上設 有若干個通孔，與氣體敏感膜位置相對應的氣室內壁上設有若干條導氣豎槽；
[0011] 橫向絲桿一端與設于支撐架上的第一電機的轉軸連接，所述氣室上設有用于插入 水平隔板的開口，水平隔板外端設有連接板，檢測頭下部設有用于帶動檢測頭沿軌道運動 的第二電機，連接板與絲桿螺紋連接，連接板與導向結構滑動連接，位于水平隔板上部和下 部的氣室上分別設有一組進氣管和出氣管；進氣管和出氣管上均設有電磁閥；開口和水平 隔板之間設有密封結構；尾氣處理裝置與氣室上部的出氣管相連通；
[0012] 控制器分別與存儲器、各個電扇、各個電磁閥、金屬網、第一電機、第二電機、MQ-2 傳感器、MQ-135傳感器和苯傳感器電連接。
[0013] 氣體敏感膜用于吸附實驗室氣體，氣體敏感膜具有氣體富集作用，可將氣體敏感 膜依次在HN03(1 : 1)、丙酮和雙蒸水中超聲清洗15min，清洗后的電極置于室溫下晾干備 用；按一定比例將蘋果汁與聚乙二醇溶液混合，用超聲振蕩均勻得到混合物，用微量注射器 吸取5 μ L質量分數為5 % Naf ion的混合物，滴涂于氣體敏感膜表面，室溫下晾干待用。
[0014] 金屬網用于加熱氣體敏感膜，各個風扇用于將經過烘烤從氣體敏感膜中散發出來 的氣體吹向氣室下部，便于各個傳感器檢測；水平隔板用于分隔氣室上部和下部，從而方便 氣室上部和下部同時進行氣體富集和傳感器清洗；支撐架、導向結構、橫向絲桿和第一電機 用于帶動水平隔板水平移動，從而使控制器可通過第一電機控制水平隔板將氣室內分為上 下兩部分或者使氣室恢復為一個整體；托板給軌道提供支撐，軌道給檢測頭提供移動至托 板不同部位的導向，MQ-2傳感器和MQ-135傳感器分別用于檢測環境信號，苯傳感器用于檢 測苯氣體信號；第二電機用于帶動檢測頭沿軌道移動。
[0015] 由于傳感器對被檢測的目標氣體均具有交叉敏感特性，因此本發明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，苯傳感器作為檢測苯氣體的主傳感器，將MQ-2傳 感器、MQ-135傳感器和苯傳感器檢測的信號進行融合，得到了傳感器融合信號signal (t)， 從而既保留了主傳感器的檢測信息，又保留了主力傳感器與輔助傳感器之間的信號差異信 息，提尚了檢測精度。
[0016] 因此，本發明具有靈敏度高、穩定性好且響應時間短，對苯具有較好的選擇性，能 夠檢測出濃度更低的微量苯氣體，從而有效的保障人們身體健康的特點。
[0017] 作為優選，所述軌道包括基板、設于基板上表面的兩條間隔設置的凹槽，所述凹槽 底面上設有等間隔排列的齒條；所述檢測頭底部設有兩個與凹槽相配合的齒輪；所述第二 電機的轉軸與設于兩個齒輪之間的連接軸相連接。
[0018] 作為優選，所述基板上設有第一擋板，與第一擋板相對的第二擋板；第一擋板、第 二擋板上設有對應的導向滑槽；所述齒輪的連接軸兩端設有用于插入第一擋板、第二擋板 的導向滑槽的延伸軸；檢測頭下表面設有與第一擋板、第二擋板上表面滾動接觸的若干個 滾珠。導向滑槽、延伸軸和滾珠的設置，使檢測頭的穩定性更好，摩擦力更小。
[0019] 作為優選，所述支撐架包括開口向下的U形架、設于氣室前部和后部的L形架；所 述導向結構為設于U形架和兩個L形架之間的兩條橫梁；所述連接板呈矩形，連接板下部設 有用于穿過兩條橫梁的2個通孔，連接板上部設有用于與橫向絲桿配合的絲桿孔。
[0020] 作為優選，氣體敏感膜內設有若干個間隔分布的空腔，空腔內設有伸出氣體敏感 膜上下表面之外的碳納米管；尾氣處理裝置為酒精燈。空腔和碳納米管增加了氣體敏感膜 對氣體的吸附能力。
[0021] 一種實驗環境中揮發苯氣體濃度檢測系統的檢測方法，包括如下步驟：
[0022] (6-1)控制器控制氣室下部的進氣管和出氣管上的電磁閥均打開，通過進氣管向 氣室下部內充入氮氣，對MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和苯傳感器清洗10至20分鐘，清洗 完畢后，控制器控制氣室下部的進氣管和出氣管上的電磁閥均關閉；
[0023] (6-2)控制器控制氣室上部的進氣管和出氣管上的電磁閥打開，通過進氣管向氣 室內循環充入待檢測的實驗室氣體，尾氣處理裝置處理從出氣管輸出的實驗室氣體；各個 氣體敏感膜吸附氣體，5至15分鐘后控制器控制氣室上部的進氣管和出氣管上的電磁閥關 閉；
[0024] (6-3)控制器控制第一電機帶動橫向絲桿轉動，橫向絲桿通過連接板帶動水平隔 板向氣室外水平移動，使水平隔板內端移至與開口相接觸位置時，控制器控制第一電機停 止工作；
[0025] (6-4)控制器控制金屬網通電，同時控制各個電扇工作，氣體敏感膜吸附的氣體進 入氣室下部，5至8分鐘后，控制器控制金屬網斷電，各個電扇停止工作；
[0026] (6-5)控制器控制第一電機帶動橫向絲桿轉動，橫向絲桿通過連接板帶動水平隔 板向氣室內水平移動，使水平隔板外端移至與開口相接觸位置相接觸時，控制器控制第一 電機停止工作；
[0027] (6-6)控制器通過第二電機帶動檢測頭沿軌道移動，MQ-2傳感器、MQ-135傳感器 和苯傳感器檢測氣體信號，控制器收到苯傳感器的檢測信號SI (t)、MQ-2傳感器的檢測信 號S2(t)，MQ-135傳感器的檢測信號S3(t);控制器利用公式signal(t) = Sl2(t) + (Sl(t) -S2(t))2+(S1 (t)-S3(t))2計算傳感器融合信號 signal (t);
[0028] (6-7)存儲器中預先存儲有隨機共振模型和苯濃度預測模型，將signal (t)輸入 隨機共振模型中，控制器計算隨機共振模型共振時的輸出信噪比SNR，
[0029] 將SNR輸入苯濃度預測模型中，得到被檢測的實驗室氣體的苯濃度。
[0030] 由于傳感器對被檢測的目標氣體均具有交叉敏感特性，因此本發明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，苯傳感器作為檢測苯氣體的主傳感器，苯傳感器的 檢測信號為SI (t)、MQ-2傳感器的檢測信號為S2 (t)，MQ-135傳感器的檢測信號為S3 (t); 本發明利用公式
[0031] signal (t) = SI2 (t) + (SI (t) -S2 ⑴）2+ (SI ⑴-S3 ⑴）2將 MQ-2 傳感器、M