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氨：一种有毒气体
氨是一种碱性化合物，当它被释放到空气中时，会迅速吸附到表面，并且可以传播到几百米到数百英里的距离。NH3也会转化为气溶胶颗粒并具有明显的气味，在家禽、猪或牛密集的农村环境中很常见。
NH3是一种具有明显气味的无色气体，即使在低浓度下也是如此。这种气体通常在有机材料和动物粪便分解后释放。在农业工业中，NH3用于制造氮基肥料，例如硝酸铵、尿素、硫酸铵、尿素-硝酸铵和磷酸二铵。
因为它对人体有毒，美国环境保护署已将NH3视为有害物质。对人类安全的最大长期（8小时）和短期（15分钟）氨暴露量分别为25ppm和35ppm。
农业中对氨气检测的需求
为了开发更好的农业系统，重要的是要确定导致NH3排放的来源，特别是排放的时间和水平。大多数NH3传感器价格昂贵且难以在实际环境中应用。这些设备的复杂操作给非专业从业者带来了额外的困难。
由于湿度、温度和干扰气体的变化，农业环境非常复杂，因此需要稳定、灵敏、可靠的气体传感器。通常，NH3传感器基于聚合物、金属氧化物半导体 (MOS) 和纳米材料及其复合材料。尽管许多NH3传感器在实验室环境中表现出高灵敏度和准确性，但它们在实际现场条件下表现不佳。
纳米材料改善传感器中的氨传感特性
采用石墨烯、单壁碳纳米管 (SWCNTs)、多壁碳纳米管 (MWCNTs)、石墨烯纳米带和还原氧化石墨烯来改善基于聚苯胺 (PANI)的 NH3传感器的气敏特性。由于聚苯胺和羧化碳纳米管之间的氢键，将SWCNTs并入聚苯胺有助于形成结构。这增强了NH3和SWCNTs–OH/PANI复合材料之间的相互作用。带有羧基功能化的单壁碳纳米管用于氨检测。
尽管MWCNTs很少用于检测NH3，但研究发现，包含MWCNTs、聚苯胺和金属氧化物（例如氧化铝和氧化钛）的纳米复合材料可显着改善对氨的传感行为。除了碳纳米管，碳纳米纤维（CNFs）也被用于检测NH3。值得注意的是，CNFs的孔隙率明显高于MWCNTs，这提升了它们的传感特性。使用Langmuir-Blodgett方法，在二氧化硅/二氧化硅衬底上的间甲苯甲酸功能化氧化石墨烯可以检测农田中的氨。
由于周围空气中存在氧化干扰气体（O3和NO2）且湿度水平升高，大多数实际环境（例如菜地）中的传感器无法正常工作。这些缺点被催化转化法（CCM）克服，使用铂 (Pt) 纳米颗粒催化剂将NH3转化为二氧化氮(NO2)，并通过高性能NO2传感器检测该气体。
基于差分催化转化法(DCCM)开发了一种便携式、低成本、稳定且灵敏的NH3监测器。该装置可有效监测农业部门的氨气挥发，消除环境干扰。该传感器的关键传感材料是氧化铟 (III) 纳米粒子和氧化钨 (WO3) 纳米片。
用于检测氨气的不同类型的基于纳米材料的传感器
电化学传感器
电化学传感器检测由于还原吸附到不同材料中而引起的电信号变化。在农业中，化学电阻材料通常用于根据传感元件和氧化还原气体之间的电荷转移来检测还原性或氧化性气体。
很多时候，这些探测器是使用金属纳米材料和导电聚合物开发的。聚苯胺纳米复合材料的应用，即聚苯胺与碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料的偶联，已经产生了稳定、灵敏、可靠的NH3传感材料。
基于光谱的传感器
基于光谱的传感器稳定性高，抗电磁噪声能力强，运行能耗低。基于吸光度和比色法的传感器很常见，用于测量NH3衍生化合物。基于吸光度的传感器最适合大面积连续监测。
对于光谱分析，可提供具有不同测量范围的试管。尽管0.25和30ppm之间的范围适合NH3的室内检测，但它不足以进行室外分析。为了克服这个问题，已经开发了基于纳米的薄膜采样器。例如，已经开发出一种薄的掺杂染料的纳米结构聚吡咯薄膜，这表明在光吸收中存在NH3。
基于荧光的传感器
荧光不常用于测量农业环境中的空气质量，因为很少有相关化合物会发出荧光。对于基于荧光的传感，最近人们越来越关注用碳基光致发光纳米材料代替传统的有机染料。
这类传感器在农业领域的主要优势是灵敏度高、成本低、便携性好、设计简单。据观察，光致发光碳点在低毒性、可负担性和高生物相容性方面优于以前使用的半导体纳米材料。荧光 CD 已经能够从固体和液体农业样品中测定NH3。在这种情况下，同时进行NH3的提取和荧光标记，然后进行荧光测量。
文章来源：AZO NANO
