摘要：基于CO2与共存气体O2在微电极上非水介质中电化学行为，依据它们共存时交叉反应的动力学特性，提出了快速检测CO2的调制电位脉冲微电流方法。试验结果表明，使用所构建的气敏微电极传感器系统可以快速定量检测温室中CO2含量。笔者还就界面充电电流、电位脉冲宽度对CO2检测精度的影响进行了讨论。


农作物产量95％以上来自光合作用，即植物利用太阳光，将CO2和水合成碳水化合物，而空气中CO2含量仅325mg／L。因此，在温室和塑料大棚空气中增施CO2可大幅度增加蔬菜产量，如西红柿可增产几倍，且不同植物对空气中CO2的浓度有不同最佳值和限额，若CO2：浓度超过限额，植物反而减产，这就需要检测温室中CO2浓度并根据不同植物和不同光照强度控制其浓度，达到最佳值，进一步增收。目前，国内外现有的红外气体分析仪和半导体气敏检测仪，虽然检测cO：精度高，但缺点是结构复杂，使用不便，尤其是价格昂贵。现在很少有用于温室或塑料大棚中并针对我国国情适合农民使用的CO2检测仪。本文即基于暂态电化学理论，对CO2的快速检测开展了研究。


1材料和方法


1．1材料二甲亚砜(DMSO)，分析纯，使用前用无水CaH干燥后减压蒸馏，除去残留水分和杂质，存放于干燥器中备用。高氯酸四乙基铵(TEAP)，美国EastmanKO2d kCO2mpany出品，未经进一步纯化而直接使用。高纯O2、CO2：和N气体由北京氦普北分气体工业有限公司提供，纯度不低于99．99％。


1．2仪器


试验仪器有AFRDE4型双恒电位仪(PineInstrumentCO2．，美国)和3033型x—Y记录仪(四川仪表四厂)。


1．3原理与方法


1．3．1原理


根据0：和CO2：共存气体在非水介质中发生交叉反应的动力学行为。。，氧的单电子还原产物超氧离子0一和cO22的快速亲核加成反应如下：


202一+2 C206一+02(1)


试验中施加特定的调制电位脉冲作为工作电极上的动态激励信号，在起始脉冲期间，控制阴极电位使O2在电极上被完全还原成超氧离子0一：02+e一^+02’一(2)


伴随着C02按式(1)与超氧离子反应，剩余的O22～在随后的阳极电位脉冲期间被反向氧化为O2：。相应的氧化电流信号(I)与混合气体中c02浓度存在一定的对应关系。据此，只要实时提取工作电极上某一瞬间的氧化电流响应信号，就有可能按其稳定的响应关系快速检测混合气体中CO2气体组分的浓度。


1．3．2方法


试验中利用平衡气体N2调节不同O2、CO2体积浓度，误差不大于-I-1％(常压下的体积分数，v／v)。


混合气体的暂态电化学研究在自行搭建的实验装置上进行，通过编制的测控软件，以带有数／模(D／A)、模／数(A／D)转换器接口板PS一2104A(北京众人精密测控技术公司)的计算机为中枢，通过D／A接口向恒电位仪发送调制电势脉冲激励信号，控制气敏电极在不同的极化电势状态，通过A／D接口采集暂态电流响应信号，检测结果实时动态显示。构成传感器核心部件的气敏微工作电极(WE)用直径60 Jn的细铂丝与玻璃毛细管烧制而成，绕制在玻管封口端外壁的铂丝(O．2 mln)对电极(CE)兼作参比电极(RE)。电解液由二甲亚砜(DMSO)添加0．1mO2l／L高氯酸四乙基铵(TEAP)组成。透气膜选用孔径5～10肌的聚四氟乙烯膜试样。


1．4数据统计处理用Excel和Origin进行统计分析。