[發(fā)明專利]一種光波導氣敏器件、其制備方法、測量系統(tǒng)和化學氣體檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310265479.7
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104251843B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙永生;閆永麗;姚建年
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/01
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11417
• 代理人: 劉元霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)和氣體檢測方法，特別是涉及一種基于光波導氣敏器件的測量系統(tǒng)和氣體檢測方法。

背景技術(shù)

氣體傳感器在日常生活中的各行各業(yè)有著重要的作用，能夠廣泛的用于環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)過程監(jiān)控、氣體成份分析及氣體泄漏報警等領(lǐng)域。目前常用的氣體傳感器按原理主要分為電學類、光學類、電化學類等幾大類。其中光纖傳感器是上世紀80年代后期發(fā)展起來的、目前比較成熟的一項光學檢測技術(shù)，這項技術(shù)利用光纖中光的強度、相位、偏振等性質(zhì)隨著外界的一系列物理量諸如溫度、壓力、濃度的變化而改變的特性來實現(xiàn)檢測的目的。這項技術(shù)具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、抗腐蝕性強等優(yōu)點，已經(jīng)在科研、工業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療、軍事等很多方面得到了重要的應(yīng)用。

中國專利公開號為1396445A、名稱為“雙面金屬波導測量方法及其裝置”的文獻中公開了一種檢測裝置，其利用雙面包覆波導作為傳感元件來實現(xiàn)對導波層介質(zhì)成分的測量。這種波導檢測裝置通過棱鏡等耦合器件，將激光從外面耦合進入傳感器探測腔，利用金屬包覆層的優(yōu)良性質(zhì)實現(xiàn)探測。但是，由于采用了棱鏡結(jié)構(gòu)，使得器件的小型化變得困難。同時，這類傳感器一般采用分布反饋式(DFB)激光器作為激發(fā)源，價格昂貴，系統(tǒng)成本高。而且這類檢測器的探測原理通常為導波層介質(zhì)折射率的變化，這使得測量對樣品不具有選擇性，不能作為氣體分析儀器使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于聚合物或有機小分子的新型有機光波導氣敏器件。有機納米材料擁有良好的摻雜性質(zhì)、高的反應(yīng)活性、易于加工性、發(fā)光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點，這些優(yōu)點使得聚合物或有機小分子光波導氣敏器件在化學氣體傳感方面有著明顯的優(yōu)勢；同時，這類光波導材料激發(fā)時無需耦合器件，入射光可在任意角度處入射到納米材料上，從而利用波導高階模靈敏度高的優(yōu)良特性，實現(xiàn)對樣品的選擇性探測，進一步降低成本、同時提高儀器的靈敏度。

本發(fā)明的另一個目的在于提供上述光波導氣敏器件的制備方法。

本發(fā)明的再一個目的在于提供包含上述光波導氣敏器件的測量系統(tǒng)。

本發(fā)明的再一個目的在于提供使用上述測量系統(tǒng)的檢測揮發(fā)性有機氣體的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于自由空間耦合的光波導氣敏器件，其特征在于，所述器件包括帶有兩個小孔的上層光學玻璃片(兩個小孔分別用作進氣口和出氣口)、氣室壁、氣體敏感層(材料或結(jié)構(gòu))、下層光學玻璃片，其中，上層光學玻璃片、氣室壁和下層光學玻璃片形成氣室。

根據(jù)本發(fā)明，所述氣室壁垂直于上層玻璃片和下層玻璃片。

根據(jù)本發(fā)明，所述光波導氣敏器件為長方體或正方體結(jié)構(gòu)。其中有4面為氣室壁。

根據(jù)本發(fā)明，所述氣體敏感層至于下層光學玻璃片上。

根據(jù)本發(fā)明，所述器件還包括平臺，下層光學玻璃片、氣體敏感層、氣室壁和上層光學玻璃片從下向上依次順序放置在平臺上。

根據(jù)本發(fā)明，所述氣體敏感層和氣室構(gòu)成波導器件。

根據(jù)本發(fā)明，所述氣體敏感層又可以稱之為氣體敏感材料或者氣體敏感結(jié)構(gòu)或者氣體敏感的波導結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明，所述氣體敏感層通過用光纖或透鏡耦合光束至納米光波導材料或納米光波導復(fù)合材料制得。

根據(jù)本發(fā)明，所述納米光波導材料為核殼納米線，所述納米線以有機小分子或聚合物作為反應(yīng)前驅(qū)體，在溶液條件下用不同方法如溶液滴鑄法、電紡絲法、再沉淀法、溶膠-凝膠法等進行反應(yīng)制備得到。

根據(jù)本發(fā)明，所述納米光波導復(fù)合材料為核殼納米線，所述納米線以有機小分子或聚合物作為反應(yīng)前驅(qū)體，再摻雜對待檢測物質(zhì)敏感的材料(例如對過氧化氫敏感的雙(2,4,5–三氯水楊酸正代酯)草酸酯(CPPO)材料)，在溶液條件下用不同方法如溶液滴鑄法、電紡絲法、再沉淀法、溶膠-凝膠法等進行反應(yīng)制備得到。

本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：

一種制備上述的光波導氣敏器件的方法，其中，包括如下制備所述氣體敏感層的步驟：

a.納米光波導材料的制備：以有機小分子或聚合物作為反應(yīng)前驅(qū)體，在溶液條件下用不同方法如溶液滴鑄法、電紡絲法、再沉淀法、溶膠-凝膠法等進行反應(yīng)制備波導材料；或者在上述的制備過程中摻雜對待檢測物質(zhì)敏感的材料(例如對過氧化氫敏感的雙(2,4,5–三氯水楊酸正代酯)草酸酯(CPPO)材料)制備復(fù)合波導材料，該復(fù)合波導材料能夠?qū)Υ龣z測物質(zhì)產(chǎn)生特異性響應(yīng)，從而具有選擇性氣體傳感的功能；