用于检测挥发性有机化合物的气体传感器和气体测量仪器制造技术

本发明专利技术涉及气体传感器10，其中所述气体传感器10具有包括气体入口12和气体出口13的测量通道11，至少一个接收器层20，参考电极30和电压控制的运算器50，其中所述参考电极30与所述接收器层20电容耦合，其中所述参考电极30以导电的方式与所述运算器50连接，其中所述接收器层20构建在所述测量通道11中，其中所述测量通道11在所述接收器层20和所述参考电极30之间构成电介质层，和其中所述接收器层20具有载体21和分析物结合层22。本发明专利技术在此设计，该分析物结合层22是自组织单分子层(SAM)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测挥发性有机化合物的气体传感器和气体测量仪器本专利技术涉及一种气体传感器，一种气体测量仪器和根据本专利技术的气体传感器用于检测挥发性有机化合物的用途。气体传感器通常被用作气体测量仪器的基本组件。例如，它们用于所谓的个人相关的气体测量仪器(PAM＝个人空气监测器)。用这样的个人相关的气体测量仪器来持续检验包围人的空气中的有害物质，并必要时发出相应的警告。对该气体测量仪器提出高的关于测量的可定量性、可靠性、安全性、可操作性、灵敏度的要求。气体传感器，其适合于检测化学化合物，基本上由接收器和换能器的组合组成。接收器-如接收器电极-通常可在分子水平上与待检测的分析物分子相互作用。在此，该接收器的物理化学性质例如接收器表面的功函数改变。换能器可获取该变化，并将其转换为一个-例如电-信号。该电信号然后可又用于触发警报等。在这种情况下，例如，基于半导体的气体传感器是已知的，其由一个场效应晶体管(FET)和一个与该FET耦合的电容器(电容控制场效应晶体管(CCFET))组成。该电容器被形成为空气电容。两个电容器面之一充当接收器，其中所述电容器面的表面(接收器表面)能够与待检测的分析物分子相互作用。待检验的样气从电容器面之间流过电容器，并形成电介质。如果存在于样气中的分析物分子与接收器表面发生相互作用，则电容器的电容改变。该电容变化可借助FET获得，并将其转换为电信号。关于此点，US4,411,741A设计一种气体传感器，在其中接收器电极相对FET的栅电极布置，并且通过空气隙与栅电极分开。FET的栅电极和接收器电极在此形成电容器面。DE4333875A1也设计了一种具有FET的半导体-气体传感器。利用的FET和空气隙，在其中形成有气体敏感层，即电容器，在此空间上彼此分开地布置，但仍彼此电耦合。该FET具有以传导方式(leitend)与传感器电极连接的栅电极。相对传感器电极布置气体敏感层。该气体敏感层通过空气隙与传感器电极隔开，并且经空气隙与传感器电极电容耦合。EP2006668A1同样设计了这样的传感器。在此气体敏感层被另外的保护层覆盖。该另外的保护层以粘附的方式与所述气体敏感层连接，但可通过目标气体。它用于以这样的方式来修改测量信号的高度非线性的变化，其在气体敏感层和分析物的特定组合中尽管目标气体浓度或多或少线性的变化可能发生，使得测量信号的变化大致对应于目标气体浓度的变化。这种已知的气体传感器的接收器层可由其构成的典型的材料是金属、半导体、半导体化合物或金属化合物，像例如铂、钯、氮化钛、酞菁铜、钛酸钡、二氧化锡、氧化银、氧化钴、铬-钛-氧化物、金、碘化钾或锗。每次使用的材料决定哪些分析物可被检测到。因此，例如氢可借助铂或钯检测，而NO2和其它无机气体可尤其用由氧化钴、二氧化锡或酞菁铜制成的接收器层检测。在此，所谓的挥发性有机化合物的检测通常是成问题的，尤其是当它们通常处于相对惰性的状态像例如苯。对此原因是通常完全不或仅受限地发生这种有机化合物显示与用作接收器层的材料的相互作用。因此作为替代方案，通常使用光学传感器用于检测这种化合物。然而，这些对冲击和其它机械作用可能非常敏感。此外，它们往往比较大。以此为依据，本专利技术的目的尤其是，克服现有技术的这些和其它缺点，并提供一种改进的气体传感器。例如，应提供可适合用于PAM的气体传感器。在此期望的是，借助这种传感器能够更安全且可靠地检测挥发性有机化合物，尤其是苯。为了实现这一目的，本专利技术提出了一种对应于权利要求1的气体传感器，以及根据权利要求21和22的具有这种气体传感器的气体测量仪器，和这种气体传感器用于检测挥发性有机化合物的用途。实施方式分别是从属权利要求的主题。在气体传感器中，其中所述气体传感器具有包括气体入口和气体出口的测量通道，至少一个接收器层，参考电极和运算器，·其中所述参考电极与所述接收器层电容耦合，·其中所述参考电极以导电的方式与运算器连接，·其中所述接收器层构建在所述测量通道中，·其中所述测量通道在接收器层和参考电极之间构成电介质层，和·其中所述接收器层具有载体和分析物结合层本专利技术设计，该分析物结合层是由根据以下通式的分子构成的自组织单分子层：R1-R2-X，其中R1是选自硫醚、二硫醚、亚磺酰基、亚磺基、磺基、羰硫基(Carbonothiol)、硫代硫酸酯、硫氰酸酯、异硫氰酸酯，优选硫醚或硫代硫酸酯的偶联基团，并且其中所述自组织单分子层的分子各自经R1偶联到所述载体上；其中所述载体是金属层，其中所述金属选自金、铂、钯、银和铜；其中R2是选自烷烃、烯烃、炔烃、杂烷烃、杂烯烃、杂炔烃、取代的烷烃、取代的烯烃、取代的炔烃、取代的杂烷烃、取代的杂烯烃、取代杂炔烃、醚、胺的间隔基；和其中X是可与分析物分子相互作用的有机或金属-有机基团，特别是具有至少一个离域的π-体系的有机或金属-有机基团。换言之，该分析物结合层可以是由根据以下通式的分子构成的自组织单分子层：R1-R2-X，其中R1是选自硫醚、二硫醚、亚磺酰基、亚磺基、磺基、羰硫基(Carbonothiol)、硫代硫酸酯、硫氰酸酯、异硫氰酸酯，优选硫醚或硫代硫酸酯的偶联基团，并且其中所述自组织单分子层的分子各自经R1偶联到所述载体上；其中所述载体是金属层，其中所述金属选自金、铂、钯、银和铜；其中R2是选自烷烃、烯烃、炔烃、杂烷烃、杂烯烃、杂炔烃、取代的烷烃、取代的烯烃、取代的炔烃、取代的杂烷烃、取代的杂烯烃、取代杂炔烃、醚、胺的间隔基；和其中X是具有至少一个离域的π-体系的有机或金属-有机基团。该分析物结合层还可以是由根据以下通式的分子构成的自组织单分子层：R1-R2-X，其中R1是选自硫醚或硫代硫酸酯的偶联基团，并且其中所述自组织单分子层的分子各自经R1偶联到所述载体上；其中所述载体是金属层，其中所述金属选自金、铂、钯、银和铜；其中R2是选自烷烃、烯烃、炔烃、杂烷烃、杂烯烃、杂炔烃、取代的烷烃、取代的烯烃、取代的炔烃、取代的杂烷烃、取代的杂烯烃、取代杂炔烃、醚、胺的间隔基；和其中X是具有至少一个离域的π-体系的有机或金属-有机基团。待检验的气体(样气)因此可在每种情况下通过所述气体入口流入气体传感器的测量通道，并通过气体出口又从测量通道流出。因此，样气作为样气流流过测量通道。本专利技术在此不仅包括由样气流笔直流过的气体传感器，还包括没有样气流的气体传感器。后者可以是例如这样的情况，当气体入口和/或气体出口例如用于运输目的等在气体传感器的组装之前封闭。测量通道在每种情况下具有内壁，其限定所述测量通道的内部。根据本专利技术，接收器层是该内壁的一部分。就此，接收器层是测量通道的一部分。流过测量通道的样气沿着接收器层流动。接收器层在此形成可与待检测的分析物相互作用的表面。所述分析物通常包含在样气中，其作为样气流流过测量通道。参考电极也可以是内壁的一部分。因此，该样气流或样气可以在接收器层和参考电极之间流过测量通道。在这种情况下，接收器层是电容器的一个面。在此，电容器优选地由接收器层、参考电极和充当电介质的样气流或充当电介质的介于接收器层和参考电极之间的测量通道的体积形成。就此，参考电极与接收器层电容耦合。例如，可以在测量通道的相互对置侧上形成接收器层和参考电极，优选地在测量通道的内侧的相互对置侧上。测量通道被样气，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体传感器(10)，其中所述气体传感器(10)具有包括气体入口(12)和气体出口(13)的测量通道(11)，至少一个接收器层(20)，参考电极(30)和运算器(50)， •其中所述参考电极(30)与所述接收器层(20)电容耦合， •其中所述参考电极(30)以导电的方式与所述运算器(50)连接， •其中所述接收器层(20)构建在所述测量通道(11)中， •其中所述测量通道(11)在所述接收器层(20)和所述参考电极(30)之间构成电介质层，和 •其中所述接收器层(20)具有载体(21)和分析物结合层(22)其特征在于，该分析物结合层(22)是由根据以下通式的分子构成的自组织单分子层(SAM)：R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.07 DE 102014016394.61.气体传感器(10)，其中所述气体传感器(10)具有包括气体入口(12)和气体出口(13)的测量通道(11)，至少一个接收器层(20)，参考电极(30)和运算器(50)，•其中所述参考电极(30)与所述接收器层(20)电容耦合，•其中所述参考电极(30)以导电的方式与所述运算器(50)连接，•其中所述接收器层(20)构建在所述测量通道(11)中，•其中所述测量通道(11)在所述接收器层(20)和所述参考电极(30)之间构成电介质层，和•其中所述接收器层(20)具有载体(21)和分析物结合层(22)其特征在于，该分析物结合层(22)是由根据以下通式的分子构成的自组织单分子层(SAM)：R1-R2-X，其中R1是选自硫醚、二硫醚、亚磺酰基、亚磺基、磺基、羰硫基、硫代硫酸酯、硫氰酸酯、异硫氰酸酯，优选硫醚或硫代硫酸酯的偶联基团，并且其中所述自组织单分子层的分子各自经R1偶联到所述载体上；其中所述载体是金属层，其中所述金属选自金、铂、钯、银和铜；其中R2是选自烷烃、烯烃、炔烃、杂烷烃、杂烯烃、杂炔烃、取代的烷烃、取代的烯烃、取代的炔烃、取代的杂烷烃、取代的杂烯烃、取代的杂炔烃、醚、胺的间隔基；和其中X是可与分析物分子相互作用的有机或金属-有机基团，特别是具有至少一个离域的π-体系的有机或金属-有机基团。2.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，所述载体(21)是金层。3.根据权利要求1或2中任一项的气体传感器，其特征在于，所述偶联基团R1与所述间隔基R2且与所述载体(21)共价连接。4.根据前述权利要求中任一项的气体传感器，其特征在于，所述偶联基团R1在所述间隔基R2和所述载体(21)之间形成至少一个硫桥。5.根据前述权利要求中任一项的气体传感器，其特征在于，R1选自硫醚、二硫醚或硫代硫酸酯。6.根据前述权利要求中任一项的气体传感器，其特征在于，R1是硫醚基。7.根据前述权利要求中任一项的气体传感器，其特征在于，R2选自烷烃、烯烃、炔烃、取代的烷烃、取代的烯烃、取代的炔烃、醚、胺，其中所述取代的烷烃、烯烃或炔烃的取代基选自氢、烷基或芳基。8.根据前述权利要求中任一项的气体传感器，其特征在于，R2是对应于式(Y)n的线性分子基团，其中n∈{0,…,40}Z，其中每个Y独立于各个R2的其余的Y选自CH2、CH、C、CR3、O、N、NR3，并且其中R3选自H、烷烃、烯烃、炔烃...

【专利技术属性】
技术研发人员：W贝特尔，S莱曼，
申请(专利权)人：德尔格安全股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE