[發明專利]聲表面波傳感器與氣相色譜分離柱聯用的電子鼻及檢測方法

無效

• 申請號: 200710069770.1
• 申請日: 2007-07-03
• 公開（公告）號: CN101093217A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 郭希山;王立人
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種電子鼻，尤其涉及一種聲表面波傳感器與氣相色譜分離柱聯用的電子鼻及檢測方法。

背景技術

隨著經濟的發展，人們生活水平越來越高，但是隨之而來的工業、高科技產業造成的空氣環境污染問題日益嚴重，如石化工業排放氣體、居室裝修有毒氣體、半導體工業及噴涂、包裝與制革制鞋行業產生的污染氣體等，這些有毒有害氣體加劇了空氣質量的惡化。空氣污染已成為現在社會人們重要的暴露來源之一，嚴重威脅人體的健康。

因此，有必要研發有毒有害污染氣體檢測技術和儀器，特別是能夠現場快速檢測痕量揮發性有機物化合物VOCs氣體的便攜式氣體分析儀，VOCs為污染氣體主要來源，大多數具有毒性、臭味及致癌性。

檢測和分析痕量VOCs的常規技術為氣相色譜法GC，基于GC的VOCs氣體檢測方法靈敏度高，選擇性好，但是由于這些方法所需儀器昂貴、體積龐大，分析復雜、操作繁瑣，耗時久，難以滿足現場快速檢測分析的需要。針對VOCs的量測，美國環保署US?EPA也公告了TO系列的測量方法，例如TO-14、TO-16及TO-17等，但這些方法同樣存在上述弊端。

隨著微電子技術和MEMS的迅猛發展，近年來體積小、集成化、成本低的氣敏傳感器以及由氣敏傳感器陣列組成的電子鼻逐漸成為人們研究的熱點，期望以此發展新型氣體分析儀。氣敏傳感器主要包括金屬氧化物半導體傳感器、導電聚合物傳感器以及聲表面波傳感器、電化學傳感器等。金屬氧化物傳感器和導電聚合物傳感器均屬電導型傳感器，靈敏度不如聲表面波傳感器，且均存在選擇性差的問題；電化學的方法雖然具有較好選擇性，但主要用在檢測NO2、SO2、H2S等具有電化學活性的氣體，而VOCs普遍不被氧化，因此無法用電化學方法來測量。目前金屬氧化物半導體傳感器、導電聚合物傳感器及聲表面波傳感器的“廣譜性”使得氣敏傳感器很難將混合氣體選擇識別，氣敏傳感器陣列結合模式識別方法的檢測系統即電子鼻[H.T?Nagle，S.Schiffman，R.Guitierrez-Osuna，The?how?and?why?of?electronic?noses，IEEE?Spectrum，1998.9，p22-23]，面對未知的種類繁多、組分復雜的混合氣體也無能為力。另外由于上述氣敏傳感器受制于敏感膜涂層材料性能，造成傳感器測量信號的穩定性及重復性差，靈敏度不夠高，也限制了氣敏傳感器在測量痕量VOCs混合氣體上的實際應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種聲表面波傳感器與氣相色譜分離柱聯用的電子鼻及檢測方法。

聲表面波傳感器與氣相色譜分離柱聯用的電子鼻包括進樣口、六通閥、吸附管、螺旋管加熱器、氣相色譜分離柱、加熱裝置、微噴嘴、聲表面波傳感器、頻率檢測儀、半導體制冷片、載氣瓶、氣泵，六通閥分別與進樣口、吸附管、氣相色譜分離柱、載氣瓶、氣泵相連接，氣相色譜分離柱與微噴嘴相連接，微噴嘴下方設有聲表面波傳感器，聲表面波傳感器放置在半導體制冷片上，聲表面波傳感器與頻率檢測儀相連接，吸附管上套有螺旋管加熱器，氣相色譜分離柱5外周設有加熱裝置。

聲表面波傳感器以ST-X石英壓電材料為基底。聲表面波傳感器為單通道單端諧振型聲表面波傳感器或單通道雙端諧振型聲表面波傳感器。氣相色譜分離柱為氣相色譜毛細管柱或氣相色譜填充柱。氣相色譜毛細管柱外周的加熱裝置為螺旋管電流脈沖加熱器。

微噴嘴直徑為100～200μm，微噴嘴垂直于聲表面波傳感器表面放置，微噴嘴與聲表面波傳感器表面的距離為微噴嘴直徑的2～4倍。

聲表面波傳感器與氣相色譜分離柱聯用的氣體檢測方法：首先控制調節氣相色譜分離柱外周設有的加熱裝置，使氣相色譜分離柱在35～40℃下保持2～3min，然后以8～10℃/s加熱速度對氣相色譜分離柱加熱直到上升到140～150℃，載氣流量為0.8～1.5ml/min，使得待測混合氣體從氣相色譜分離柱中先后解析出，在一種解析出的氣體流經微噴嘴前，給半導體制冷片通正向電壓，對聲表面波傳感器基底制冷，溫度為5～10℃，使得從氣相色譜分離柱解析出的熱氣流經微噴嘴噴射到聲表面波傳感器表面上，發生凝聚吸附，用頻率檢測儀檢測聲表面波傳感器共振頻率漂移測出該氣體濃度，之后再給半導體制冷片通反向電壓，對聲表面波傳感器基底加熱，溫度為70～80℃，使得凝聚吸附在聲表面波傳感器表面的氣體蒸發脫附，用于下一種從氣相色譜分離柱解析出的待測氣體檢測。