劇烈水解反應:
TiCl? 是路易斯酸,對水極其敏感。它在常溫常壓下遇到微量水蒸氣就會發(fā)生劇烈水解反應:TiCl? + 2H?O → TiO? + 4HCl
或更復雜的反應生成氯氧化鈦和鹽酸。
沖突點: 電化學傳感器的核心是一個含水電解質的密閉腔室。被測氣體通過透氣膜擴散進入這個腔室,在電極表面發(fā)生反應。
對電化學傳感器的破壞性影響:
堵塞透氣膜: 阻礙目標氣體和其他氣體擴散進入反應腔,降低響應速度和靈敏度。
覆蓋/污染電極表面: 在電極表面形成絕緣層或污染層,直接阻礙電化學反應的發(fā)生,導致信號衰減或喪失。
損壞傳感器物理結構: 顆粒積累可能破壞精密的膜結構和電極間距。
消耗電解質水分/改變成分: TiCl? 進入傳感器腔室后,會立即與電解質中的水反應。這不僅消耗了電解質中至關重要的水分(導致電解質干涸、失效),還會生成 HCl 和固態(tài)產(chǎn)物(如 TiO?)。
生成腐蝕性副產(chǎn)物 (HCl): 水解產(chǎn)生的高濃度 HCl 是強酸,會嚴重腐蝕傳感器內(nèi)部的電極(通常是貴金屬如鉑、金)和其他金屬部件(引線、接觸點),導致電極鈍化、活性下降甚至失效。
生成固體沉淀物 (TiO?等): 水解產(chǎn)生的二氧化鈦(TiO?)或其他鈦的化合物是不溶性固體顆粒。這些顆粒會:
干擾與假信號: TiCl? 水解產(chǎn)生的 HCl 本身也是一種可被檢測的氣體。如果傳感器對 HCl 有交叉敏感性(很多傳感器都有),會產(chǎn)生嚴重的假陽性信號,導致讀數(shù)虛高且無法區(qū)分是 TiCl? 還是 HCl。即使傳感器針對 TiCl? 設計,HCl 也可能參與副反應干擾檢測。
傳感器壽命急劇縮短: 上述破壞過程(腐蝕、堵塞、污染)會極快地使電化學傳感器性能劣化,甚至可能在幾分鐘到幾小時內(nèi)失效。這導致傳感器需要更換成本且無法實現(xiàn)可靠連續(xù)的監(jiān)測。
量程與靈敏度問題:
TiCl? 的常規(guī)檢測量程通常較低(ppm級別),需要傳感器具有高靈敏度和低檢測限。
電化學傳感器為 TiCl? 氣體提供了一個理想的反應環(huán)境(潮濕、催化電極),但 TiCl? 在該環(huán)境中的劇烈水解及隨之產(chǎn)生的腐蝕性 HCl 和堵塞性固體沉淀物,會迅速且不可逆地破壞傳感器本身,并產(chǎn)生不可靠的干擾信號。這使得電化學傳感器在 TiCl? 檢測中不可行、不經(jīng)濟且不安全。
針對 TiCl? 的強水解性和腐蝕性,以下技術是更可靠的選擇:
非分散紅外 :
非接觸式/無消耗: 氣體在光學腔內(nèi)流動,不與傳感器核心元件(光源、探測器、光學鏡片)發(fā)生化學反應。TiCl? 的水解問題被有效規(guī)避(但仍需注意樣氣處理,見下文維護)。
抗中毒、壽命長: 核心光學部件不易被 TiCl? 或其水解產(chǎn)物破壞,壽命遠超電化學傳感器(通常5-10年)。
選擇性較好: 可通過選擇特征吸收波長和濾波技術減少干擾。
響應快、穩(wěn)定性好。
原理: 利用 TiCl? 分子在特定紅外波段(通常在 12-14 μm 附近有較強吸收峰)對紅外光的特征吸收來檢測其濃度。光源發(fā)出的紅外光穿過被測氣體,探測器測量特定波長光強的衰減。
優(yōu)勢:
應用: 目前工業(yè)上TiCl?檢測的主流和技術。適用于固定式和便攜式檢測儀。
光離子化檢測器 (PID - Photoionization Detector):
非特異性: 對大多數(shù)VOCs有響應,無法區(qū)分 TiCl? 和其他VOCs,需在已知干擾較少的環(huán)境使用或配合其他手段。
水解產(chǎn)物干擾: TiCl? 水解產(chǎn)生的 HCl 不被 PID 檢測,但產(chǎn)生的有機副產(chǎn)物(如果有)可能干擾。
燈窗污染: 如果 TiCl? 水解產(chǎn)生的固體顆粒進入檢測室,可能污染紫外燈窗,影響性能和壽命。
需要驗證響應因子: PID對TiCl?的響應因子需要單獨標定。
原理: 使用高能紫外燈照射氣體分子,使電離能低于燈能量的化合物(主要是VOCs)離子化,測量產(chǎn)生的離子電流。
可行性: TiCl? 的蒸氣可以被PID檢測,且PID檢測室是干燥的。
優(yōu)勢: 響應快,靈敏度高(ppb-ppm),廣譜VOC檢測。
非分散紅外 (NDIR) - 可靠性、精度、壽命、連續(xù)監(jiān)測能力綜合最佳。
光離子化檢測器 (PID) - 快速響應,廣譜VOC探測,注意非特異性和維護。
定期校準: 使用經(jīng)過認證的、已知濃度的 TiCl? 標準氣體(通常用氮氣平衡,并儲存在特殊處理的氣瓶中),嚴格按照制造商要求進行校準。校準氣路也需惰性化。
環(huán)境控制: 盡量避免將檢測儀直接暴露在極度潮濕或含大量水霧/噴淋的環(huán)境中,以減少外部水分對采樣系統(tǒng)可能的影響。
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