利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，该方法中涉及的装置是由5个传感器、陶瓷基底和10个电极组成，利用简单的纳米材料形貌差异造成电子耗尽层和比表面积不同，进而造成的检测性能的差异以及主成分分析方法，对6种制式爆炸物原料三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸以及6种非制式爆炸物原料硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素进行识别检测，弥补了传统传感器无法识别和误报率高的缺点。本发明专利技术所涉及的传感器阵列制备方法简单，具有在室温下进行非接触式识别检测的优点，减少了误报率，极大的增强了传感器阵列的实用性。

By using the method of titanium dioxide nano film gas sensor array to identify explosives

The invention relates to a method for using titanium dioxide nano film gas sensor array to identify explosives, the device relates to the method is composed of 5 sensors, ceramic substrate and 10 electrodes using nanomaterials morphology differences caused by simple electron depletion layer and the specific surface area, which caused the difference of detection performance and the main component analysis method of 6 kinds of explosive materials three 2-nitrotoluene, 2,4- two 2-nitrotoluene, recognition and detection of nitro toluene, RDX, nitro toluene and picric acid and 6 kinds of non - standard explosive materials potassium nitrate, potassium chlorate, Potassium Permanganate, sulfur, ammonium nitrate and urea, to make up for the traditional sensor can't identify and the shortcomings of high false alarm rate. The invention relates to a method for preparing the sensor array, which has the advantages of non-contact identification and detection at room temperature, reduces the false alarm rate and greatly enhances the practicability of the sensor array.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及爆炸物检测领域，特别是涉及一种能够识别制式与非制式爆炸物原料的方法。
技术介绍
制式爆炸物原料，包括三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸，由于其室温下饱和蒸气压低的特点，很难实现检测。近年来针对制式爆炸物原料的检测虽然取得了一定的进展，然而对其识别检测仍然存在着巨大挑战。非制式爆炸物原料，包括硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素，由于其价格低廉和容易购买而被广泛的应用于恐怖爆炸事件中。因此，非制式爆炸物原料的检测对人民的生命财产安全也至关重要。传统的检测非制式爆炸物原料的方法有毛细管电泳法、离子色谱法和电喷雾质谱法等。这些检测方法通常需要大型仪器且检测费用高昂。基于纳米材料的气体传感器由于其体积轻小、灵敏度高、响应快速等优点而被广泛的应用于爆炸物检测中。二氧化钛由于其稳定的物理化学性质、低廉的制备成本而被尝试应用于爆炸物的检测中，例如二氧化钛纳米线可用于三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯以及黑索金的检测。然而，这些研究也仅仅局限于制式爆炸物原料的检测，其对于非制式爆炸物原料的检测极少有人研究。为了识别不同种类的爆炸物，已有研究者报道利用化学修饰方法修饰碳纳米管等纳米材料使其具有一定的选择性，从而组成传感器阵列对爆炸物进行识别。然而该方法需要经过复杂的多步化学反应过程制备传感材料。公知的爆炸物识别方法。专利技术专利201210391464.0，陕西师范大学，“硝基芳烃类爆炸物的识别检测方法”制备的传感器阵列能够识别苦味酸、三硝基甲苯、二硝基甲苯、硝基苯四类硝基爆炸物。然而该方法能够检测识别的爆炸物仅局限于制式爆炸物中的硝基爆炸物，不能实现对非制式爆炸物原料的识别检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前传感器阵列复杂的化学修饰过程以及识别检测的局限性，提出一种简单的利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，该方法中涉及的装置是由5组传感器、陶瓷基底和10个电极组成，利用简单的纳米材料形貌差异造成电子耗尽层和比表面积不同，并由此造成检测性能的差异以及主成分分析的数据处理方法，对6种制式爆炸物原料三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸以及6种非制式爆炸物原料硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素进行识别检测，弥补了传统传感器无法识别和误报率高的缺点。本专利技术所述的一种利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，该方法中涉及的装置是由第一传感器(1)、第二传感器(2)、第三传感器(3)、第四传感器(4)、第五传感器(5)、陶瓷基底(6)、第一电极(7)、第二电极(8)、第三电极(9)、第四电极(10)、第五电极(11)、第六电极(12)、第七电极(13)、第八电极(14)、第九电极(15)和第十电极(16)组成，具体操作按下列步骤进行：气敏材料的制备：a、量取原料钛酸四丁酯12.5mL于聚四氟乙烯水热釜中，加入1.5mL浓硫酸，再加入浓度为0-14.93M的氢氟酸水溶液1.5mL，搅拌均匀，于温度180℃反应24h，冷却至室温，将产生的白色沉淀过滤，再用无水乙醇和去离子水洗涤，于温度60℃干燥6h，得到气敏材料-不同形貌的二氧化钛纳米片，再将二氧化钛纳米片分散在水中备用；电流式气体传感器阵列的制备：b、将第一传感器(1)、第二传感器(2)、第三传感器(3)、第四传感器(4)和第五传感器(5)分别固定在陶瓷基底(6)上，第一传感器(1)通过上端和下端的连接线分别与第一电极(7)和第二电极(8)连接，第二传感器(2)通过上端和下端的连接线分别与第三电极(9)和第四电极(10)连接，第三传感器(3)通过上端和下端的连接线分别与第五电极(11)和第六电极(12)连接，第四传感器(4)通过上端和下端的连接线分别与第七电极(13)和第八电极(14)连接，第五传感器(5)通过上端和下端的连接线分别与第九电极(15)和第十电极(16)连接，再将步骤a中得到的二氧化钛纳米片分散液分别均匀地涂覆在第一传感器(1)、第二传感器(2)、第三传感器(3)、第四传感器(4)和第五传感器(5)上，组成气体传感器阵列；制式与非制式爆炸物原料气氛的检测：c、接通电源，在10V的偏压下，将步骤b中制备的气体传感器阵列分别置于6种制式爆炸物原料三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸，6种非制式爆炸物原料硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素在室温下的饱和蒸气中，爆炸物蒸气造成气体传感器阵列中第一传感器(1)、第二传感器(2)、第三传感器(3)、第四传感器(4)和第五传感器(5)电流信号的改变，再对电流信号按常规方法进行处理，得到响应大小、响应时间和恢复时间；制式与非制式爆炸物原料种类的识别：d、利用主成分分析，对不同的爆炸物原料进行定性识别。步骤a中得到的二氧化钛纳米片具有不同的形貌。步骤c中的同一个传感器对不同爆炸物具有不同的响应特性。步骤c中的不同传感器对同一爆炸物具有不同的响应特性。本专利技术所述的一种利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，该方法利用简单的纳米材料形貌差异造成电子耗尽层和比表面积不同，并由此造成检测性能的差异以及主成分分析的数据处理方法，对6种制式爆炸物原料三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸以及6种非制式爆炸物原料硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素进行识别检测，弥补了传统传感器易受干扰、误报率高的缺点。附图说明图1为本专利技术传感器阵列示意图；图2为实施例中所用氢氟酸浓度为0得到的气敏材料-二氧化钛纳米片的透射电镜照片；图3为实施例中所用氢氟酸浓度为3.73M得到的气敏材料-二氧化钛纳米片的透射电镜照片；图4为实施例中所用氢氟酸浓度为7.47M得到的气敏材料-二氧化钛纳米片的透射电镜照片；图5为实施例中所用氢氟酸浓度为11.2M得到的气敏材料-二氧化钛纳米片的透射电镜照片；图6为实施例中所用氢氟酸浓度为14.93M得到的气敏材料-二氧化钛纳米片的扫描电镜照片；图7为实施例中第一传感器1对制式以及非制式爆炸物原料在室温下的饱和蒸气的响应曲线图，其中由左至右所对应的爆炸物依次为三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯、苦味酸、硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素；图8为实施例中第二传感器2对制式以及非制式爆炸物原料在室温下的饱和蒸气的响应曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，其特征在于该方法中涉及的装置是由第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）、第五传感器（5）、陶瓷基底（6）、第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）、第七电极（13）、第八电极（14）、第九电极（15）和第十电极（16）组成，具体操作按下列步骤进行：气敏材料的制备：a、量取原料钛酸四丁酯12.5 mL于聚四氟乙烯水热釜中，加入1.5 mL浓硫酸，再加入浓度为0‑14.93 M的氢氟酸水溶液1.5 mL，搅拌均匀，温度180 ℃，反应24 h，冷却至室温，将产生的白色沉淀过滤，再用无水乙醇和去离子水洗涤，温度60 ℃，干燥6 h，得到气敏材料‑不同形貌的二氧化钛纳米片，再将二氧化钛纳米片分散在水中备用；电流式气体传感器阵列的制备：b、将第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）和第五传感器（5）分别固定在陶瓷基底（6）上，第一传感器（1）通过上端和下端的连接线分别与第一电极（7）和第二电极（8）连接，第二传感器（2）通过上端和下端的连接线分别与第三电极（9）和第四电极（10）连接，第三传感器（3）通过上端和下端的连接线分别与第五电极（11）和第六电极（12）连接，第四传感器（4）通过上端和下端的连接线分别与第七电极（13）和第八电极（14）连接，第五传感器（5）通过上端和下端的连接线分别与第九电极（15）和第十电极（16）连接，再将步骤a中得到的二氧化钛纳米片分散液分别均匀地涂覆在第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）和第五传感器（5）上，组成气体传感器阵列；制式与非制式爆炸物原料气氛的检测：c、接通电源，在10 V的偏压下，将步骤b中制备的气体传感器阵列分别置于6种制式爆炸物原料三硝基甲苯、2,4‑二硝基甲苯、对硝基甲苯、黑索金、硝基甲苯和苦味酸，6种非制式爆炸物原料硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、硫、硝酸铵和尿素在室温下的饱和蒸气中，爆炸物蒸气造成气体传感器阵列中第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）和第五传感器（5）电流信号的改变，再对电流信号按常规方法进行处理，得到响应大小、响应时间和恢复时间；制式与非制式爆炸物原料种类的识别：d、利用主成分分析，对不同的爆炸物原料进行定性识别。...

【技术特征摘要】
1.一种利用二氧化钛纳米片基气体传感器阵列识别爆炸物的方法，其特征在于该方法中涉及的装置是由第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）、第五传感器（5）、陶瓷基底（6）、第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）、第七电极（13）、第八电极（14）、第九电极（15）和第十电极（16）组成，具体操作按下列步骤进行：
气敏材料的制备：
a、量取原料钛酸四丁酯12.5mL于聚四氟乙烯水热釜中，加入1.5mL浓硫酸，再加入浓度为0-14.93M的氢氟酸水溶液1.5mL，搅拌均匀，温度180℃，反应24h，冷却至室温，将产生的白色沉淀过滤，再用无水乙醇和去离子水洗涤，温度60℃，干燥6h，得到气敏材料-不同形貌的二氧化钛纳米片，再将二氧化钛纳米片分散在水中备用；
电流式气体传感器阵列的制备：
b、将第一传感器（1）、第二传感器（2）、第三传感器（3）、第四传感器（4）和第五传感器（5）分别固定在陶瓷基底（6）上，第一传感器（1）通过上端和下端的连接线分别与第一电极（7）和第二电极（8）连接，第二传感器（2）通过上端和下端的连接线分别与第三电极（9）和第四电极（10）连接，第三传感器（3）通过上端和下端的连接线分别与第五电极（11）和第六电极（12）连接，第四传感器（4）通过上端和下端的连接线分别与第七电极（13）和第八电极（14）连接，第五传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦新存，周文义，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆;65