摘要：基于CO2與共存氣體O2在微電極上非水介質(zhì)中電化學(xué)行為，依據(jù)它們共存時(shí)交叉反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性，提出了快速檢測(cè)CO2的調(diào)制電位脈沖微電流方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用所構(gòu)建的氣敏微電極傳感器系統(tǒng)可以快速定量檢測(cè)溫室中CO2含量。筆者還就界面充電電流、電位脈沖寬度對(duì)CO2檢測(cè)精度的影響進(jìn)行了討論。

農(nóng)作物產(chǎn)量95％以上來(lái)自光合作用，即植物利用太陽(yáng)光，將CO2和水合成碳水化合物，而空氣中CO2含量?jī)H325mg／L。因此，在溫室和塑料大棚空氣中增施CO2可大幅度增加蔬菜產(chǎn)量，如西紅柿可增產(chǎn)幾倍，且不同植物對(duì)空氣中CO2的濃度有不同最佳值和限額，若CO2：濃度超過(guò)限額，植物反而減產(chǎn)，這就需要檢測(cè)溫室中CO2濃度并根據(jù)不同植物和不同光照強(qiáng)度控制其濃度，達(dá)到最佳值，進(jìn)一步增收。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的紅外氣體分析儀和半導(dǎo)體氣敏檢測(cè)儀，雖然檢測(cè)cO：精度高，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不便，尤其是價(jià)格昂貴。現(xiàn)在很少有用于溫室或塑料大棚中并針對(duì)我國(guó)國(guó)情適合農(nóng)民使用的CO2檢測(cè)儀。本文即基于暫態(tài)電化學(xué)理論，對(duì)CO2的快速檢測(cè)開(kāi)展了研究。

1材料和方法

1．1材料二甲亞砜(DMSO)，分析純，使用前用無(wú)水CaH干燥后減壓蒸餾，除去殘留水分和雜質(zhì)，存放于干燥器中備用。高氯酸四乙基銨(TEAP)，美國(guó)EastmanKO2d kCO2mpany出品，未經(jīng)進(jìn)一步純化而直接使用。高純O2、CO2：和N氣體由北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司提供，純度不低于99．99％。

1．2儀器

試驗(yàn)儀器有AFRDE4型雙恒電位儀(PineInstrumentCO2．，美國(guó))和3033型x—Y記錄儀(四川儀表四廠)。

1．3原理與方法

1．3．1原理

根據(jù)0：和CO2：共存氣體在非水介質(zhì)中發(fā)生交叉反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)行為。。，氧的單電子還原產(chǎn)物超氧離子0一和cO22的快速親核加成反應(yīng)如下：

202一+2 C206一+02(1)

試驗(yàn)中施加特定的調(diào)制電位脈沖作為工作電極上的動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)，在起始脈沖期間，控制陰極電位使O2在電極上被完全還原成超氧離子0一：02+e一^+02’一(2)

伴隨著C02按式(1)與超氧離子反應(yīng)，剩余的O22～在隨后的陽(yáng)極電位脈沖期間被反向氧化為O2：。相應(yīng)的氧化電流信號(hào)(I)與混合氣體中c02濃度存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。據(jù)此，只要實(shí)時(shí)提取工作電極上某一瞬間的氧化電流響應(yīng)信號(hào)，就有可能按其穩(wěn)定的響應(yīng)關(guān)系快速檢測(cè)混合氣體中CO2氣體組分的濃度。

1．3．2方法

試驗(yàn)中利用平衡氣體N2調(diào)節(jié)不同O2、CO2體積濃度，誤差不大于-I-1％(常壓下的體積分?jǐn)?shù)，v／v)。

混合氣體的暫態(tài)電化學(xué)研究在自行搭建的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，通過(guò)編制的測(cè)控軟件，以帶有數(shù)／模(D／A)、模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器接口板PS一2104A(北京眾人精密測(cè)控技術(shù)公司)的計(jì)算機(jī)為中樞，通過(guò)D／A接口向恒電位儀發(fā)送調(diào)制電勢(shì)脈沖激勵(lì)信號(hào)，控制氣敏電極在不同的極化電勢(shì)狀態(tài)，通過(guò)A／D接口采集暫態(tài)電流響應(yīng)信號(hào)，檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。構(gòu)成傳感器核心部件的氣敏微工作電極(WE)用直徑60 Jn的細(xì)鉑絲與玻璃毛細(xì)管燒制而成，繞制在玻管封口端外壁的鉑絲(O．2 mln)對(duì)電極(CE)兼作參比電極(RE)。電解液由二甲亞砜(DMSO)添加0．1mO2l／L高氯酸四乙基銨(TEAP)組成。透氣膜選用孔徑5～10肌的聚四氟乙烯膜試樣。

1．4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理用Excel和Origin進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。