电导-催化发光双通道气体传感器、检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对挥发性有机物的电导‑催化发光双通道气体传感器、检测装置及其检测方法，所述传感器具有：敏感元件，其对气体敏感并能够在不同温度下同时产生相对应的电导信号和发光信号；所述敏感元件至少具有基底；沉积于基底上的敏感层，所述敏感层包括纳米敏感材料，所述纳米敏感材料对气体敏感并同时产生电导信号和发光信号；加热层，所述加热层用以改变基底以及敏感层的温度。所述检测装置具有：所述传感器以及对所述电导信号和发光信号进行检测的信号检测模块。本发明专利技术能够提高对挥发性有机物检测的选择性，大幅度降低误判、漏判率且同时提高所述传感器的灵敏度和响应速度。

【技术实现步骤摘要】
电导-催化发光双通道气体传感器、检测装置及其检测方法
本专利技术涉及气体检测
，具体的说是涉及一种针对挥发性有机物的气体传感器、检测装置及其检测方法。
技术介绍
半导体气体传感器具有信号稳定、响应时间快、价格低廉、适合于现场检测等优点，被广泛地用于挥发性有机物等化学品的快速检测和识别。传统的半导体气体传感器是采用电导式检测原理，目前采用纳米结构发金属氧化物作为敏感材料可以大幅提高传感器的灵敏度。例如在EnhancedacetonesensingperformancesofhierarchicalhollowAu-loadedNiOhybridstructures，SensorsandActuatorsB:Chemical,Volume161,Issue1,2012,Pages178-183一文中张彤等使用NiO为敏感材料实现了对丙酮的电导式检测，发现其检测灵敏度非常高，而且响应时间和恢复时间都非常迅速。然而，众所周知，电导型传感器存在选择性差的缺点，即单个传感器无法同时分辨多种检测气体引起的电阻变化。同时金属氧化物半导体材料还具有催化发光特性，也可以用来检测挥发性有机物，其对气体的检测具有较强的选择性。如在Analyticaldetectionsystemofmixedodorvaporsusingchemiluminescence-basedgassensor,InSensorsandActuatorsB:Chemical,Volume34,Issues1–3,1996,Pages334-338一文中MasuoNakagawa公开了一种采用Al2O3作为传感元件来区分乙醇、丁醇、丙酮和正丁酸的系统装置，它采用CCD检测器同时检测不同温度下的催化发光光谱，从而得到四种有机气体的“波长-光强度-温度”三维图像，再采用主成分分析模型对实验结果进行分析，以此来识别这些芳香气体。但是，当催化产物光量子释放效率不高时，催化发光传感器的检测效果就会大幅度下降，甚至会出现漏判的情况。也就是说，催化发光传感器的检测信号不够稳定。综上可见如果能够将两种传感器的原理相互结合，同时对电导和催化发光两种信号进行检测，并对其检测结果进行综合分析，就可以同时提高气体传感器的灵敏度和选择性，从而更加迅速和准确的得出所需的检测结果。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是要提供一种电导-催化发光双通道气体传感器，其能够同时具有较高灵敏度和较好的选择性。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种电导-催化发光双通道气体传感器，其特征在于，具有：敏感元件，其对气体敏感并能够在不同温度下同时产生相对应的电导信号和发光信号；所述敏感元件至少具有基底；沉积于基底上的敏感层，所述敏感层包括纳米敏感材料，所述纳米敏感材料对气体敏感并同时产生电导信号和发光信号；加热层，所述加热层用以改变基底以及敏感层的温度。基于上述方案，所述敏感元件还具有：电极以及位于加热层下表面的热电偶。基于上述方案，所述纳米敏感材料为兼具电导型气敏特性以及催化发光型气敏特性的材料，其包括但不限于金属氧化物纳米材料以及包含金属氧化物纳米材料的复合材料。本专利技术的另一目的是要提供一种具有上述任意一项方案所述的电导-催化发光双通道气体传感器的检测装置，其特征在于，还具有：对所述电导信号和发光信号进行检测的信号检测模块。基于上述方案，所述检测装置还具有：外围设备，所述外围设备具有壳体、基于热电偶所反馈的信号对加热层的温度进行控制的温度控制单元。基于上述方案，所述壳体为密闭遮光结构，所述密闭遮光结构仅具有供待测气体进出的进/出气口。基于上述方案，所述外围设备还具有输送待测气体进入壳体与纳米敏感材料进行反应的气泵。基于上述方案，所述电导-催化发光双通道气体传感器的数量依据检测要求配置，若为多个，则按照阵列结构排布。本专利技术的另一目的是要提供一种使用上述任意一项方案所述的电导-催化发光双通道气体传感器检测挥发性有机物成分的方法，其包括以下步骤：S1、在载气中掺入待测气体形成混合气体后吹入密闭遮光空间中，使得混合气体与电导-催化发光双通道气体传感器的纳米敏感材料进行反应，其中所述待测气体为具有挥发性的有机物；S2、采集所述纳米敏感材料产生电导信号和发光信号；S3、与预存的响应信号特征和模型特征库比较，确认待测气体的种类。基于上述方案，所述S3还包括通过改变基底以及敏感层的温度，以检测不同温度下待测气体的催化发光光谱来与预存的响应信号特征和模型特征库比较，确认待测气体的种类。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)、在检测原理上将电导型传感器与催化发光传感器集成起来，在单传感器上同时检测电导信号和发光信号，由于敏感机理不同对同种挥发性有机物的响应也会有差异，二者之间互为判据，可以提高对挥发性有机物检测的选择性，大幅度降低误判、漏判率；(2)、采用异质纳米材料代替传统的电导或者催化发光传感器的敏感层，其具有尺寸小、比表面积大、存在大量悬键、活性高、吸附性强等优点，可以提供大量的吸附活性位点，从而提高传感器的敏感性能，更进一步，不同的金属氧化物材料之间可以形成错开型能带，二者之间由于功函数的差异而形成接触势垒，在内建电场和外场的作用下，可以很快促进导带电子的转移，增加其表面活性，从而提高所述传感器的灵敏度和响应速度；(3)、其适用于对低浓度的挥发性有机物进行检测并准确识别出被测有机物种类，实验证明所述传感器在被测气体浓度低至1ppm时，仍能将其检测出来，并准确识别出被测有机物种类。附图说明图1是实施例1中使用的纳米敏感材料ZnO纳米片的SEM照；图2是本专利技术所述气体检测装置的原理示意图；图3是根据本专利技术实施例2的传感阵列板排布示意图；图4是化学发光检测电路原理示意图；图5是电导检测电路原理示意图。图中：1表示纳米敏感材料，2表示基底，3表示加热层，4表示热电偶，5表示印制在基底表面的电极，6表示电导信号检测单元，7表示发光信号检测单元，8表示壳体，9表示温度控制单元，10、11分别为壳体上的进气口和出气口。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为解决本专利技术所述的技术问题，本专利技术提供了一种同时具有较高灵敏度和较好的选择性的电导-催化发光双通道气体传感器，其将电导型传感器与催化发光传感器技术相结合，以纳米敏感材料作为电导-催化发光双通道气体传感器的敏感材料，实现了在气体检测时，同时进行敏感材料的电导检测和化学发光检测，在具有较高灵敏度的同时，基于电导信号和催化发光信号对不同待测物相互独立的特征敏感响应，从而提高检测结果的选择性。基于上述原理，如图2，则所述电导-催化发光双通道气体传感器，其特征在于，具有：敏感元件，其对气体敏感并能够在不同温度下同时产生相对应的电导信号和发光信号；所述敏感元件至少具有基底2；沉积于基底上的敏感层，所述敏感层包括纳米敏感材料1，所述纳米敏感材料对气体敏感并同时产生电导信号和发光信号；加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电导‑催化发光双通道气体传感器，其特征在于，具有：敏感元件，其对气体敏感并能够在不同温度下同时产生相对应的电导信号和发光信号；所述敏感元件至少具有基底；沉积于基底上的敏感层，所述敏感层包括纳米敏感材料，所述纳米敏感材料对气体敏感并同时产生电导信号和发光信号；加热层，所述加热层用以改变基底以及敏感层的温度。

【技术特征摘要】
1.一种电导-催化发光双通道气体传感器，其特征在于，具有：敏感元件，其对气体敏感并能够在不同温度下同时产生相对应的电导信号和发光信号；所述敏感元件至少具有基底；沉积于基底上的敏感层，所述敏感层包括纳米敏感材料，所述纳米敏感材料对气体敏感并同时产生电导信号和发光信号；加热层，所述加热层用以改变基底以及敏感层的温度。2.根据权利要求1所述的电导-催化发光双通道气体传感器，其特征在于：所述纳米敏感材料为兼具电导型气敏特性以及催化发光型气敏特性的材料，其包括但不限于金属氧化物纳米材料以及包含金属氧化物纳米材料的复合材料。3.根据权利要求1所述的电导-催化发光双通道气体传感器，其特征在于：所述敏感元件还具有：电极以及位于加热层下表面的热电偶。4.一种具有上述权利要求3所述的电导-催化发光双通道气体传感器的检测装置，其特征在于，还具有：对所述电导信号和发光信号进行检测的信号检测模块。5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述检测装置还具有：外围设备，所述外围设备具有壳体、基于热电偶所反馈的信号对加热层的温度进行控制的温度控制单元。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡利，常源隆，赵勇，胡海峰，张亚男，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21