基于PrFeO3的便携式检测器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了基于PrFeO3的便携式检测器及其应用。将Pr2O3、Fe(NO3)3、PEG和去离子水混合，然后加入HNO3溶液得到混合溶液，置于水浴中加热并搅拌，得到混合溶胶；将混合溶胶进行预烧结，然后进行研磨和烧结，得到的粉末即为PrFeO3气敏材料。将PrFeO3气敏材料与去离子水混合，涂覆在气敏膜上老化后得到成传感器。本发明专利技术将PrFeO3应用于人体呼出气体的丙酮检测，不但实现丙酮含量的精准检测，还能无创、实时诊断糖尿病，减轻病患因检测带来的疼痛。减轻病患因检测带来的疼痛。减轻病患因检测带来的疼痛。

【技术实现步骤摘要】
基于PrFeO3的便携式检测器及其应用


[0001]本专利技术涉及气敏材料
，具体涉及基于PrFeO3的便携式检测器及其应用。

技术介绍

[0002]糖尿病是一种以持续高血糖为特征的常见疾病。目前，糖尿病的检测主要是在医院或体检中心等专门的检测机构进行血糖检测。这种检测方法精度高，误差概率低，即便使用便携式检测仪器在家中检测，也需要利用血液检测，属于有创检测，并且伴随着疼痛。
[0003]近年来，随着科学的发展和分析化学技术的进步，发现糖尿病患者呼出的气体中含有大量的丙酮气体，导致糖尿病患者口臭。丙酮是人体呼出空气中的一种成分，其含量约为0.3
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0.9ppm。然而，在糖尿病患者呼出的气体中，其含量超过0.9ppm，有的甚至高达1.8ppm。因此，人体呼出气体中丙酮气体的浓度可作为糖尿病预诊断的生物标志物。该检测方法解决了传统糖尿病检测方法不方便且伴有疼痛的问题，方便快捷。近年来，利用电化学气体传感器检测气体浓度已日益普及。像酒店里的烟雾传感器、家里的天然气报警器等，都在使用电化学气体传感器。电化学气体传感器具有价格低廉、性能优异、检测时间短等诸多独特的优点，因此越来越受到人们的重视。有报道称，AxOy、ABO3类的多种金属氧化物和钙钛矿材料可用于丙酮气体的检测。
[0004]由于人体呼出的气体种类很多，而且每个人呼出的气体成分不同，同时呼出的湿度也不一样，因此不能直接测量丙酮的浓度，只能得到一个近似值。幸运的是，通过机器学习模拟，这个近似值可以无限接近丙酮的真实浓度。机器学习(ML)是人工智能的一个分支，它使用现有数据来训练数学模型，然后使用该模型来近似最接近准确值的预测。许多理论场景在现实生活中无法模拟，但通过机器学习可以获得最接近理论场景的结果。PrFeO3是一种已经被导报过的金属氧化物气敏材料，如申请号为CN201910191519.5的专利公开了一种乙酸乙酯气体传感器及其制备方法，将PrFeO3用于检测乙酸乙酯气体；申请号为CN202210860010.7的专利公开了一种多孔空心球形PrFeO3气敏材料及其应用，将PrFeO3用于检测CH3SH气体从而诊断牙周炎。但目前还未有PrFeO3用于检测丙酮诊断糖尿病的报道。因此，在机器学习的基础上，如果能基于PrFeO3制备一种简单便携的气敏检测仪器，通过检测人体呼出气体中的丙酮浓度实现糖尿病的检测，将大大降低糖尿病的检测成本，减轻每次检测为人体带来的疼痛，使得检测更加简单方便。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供基于PrFeO3的便携式检测器及其应用。本专利技术将PrFeO3应用于人体呼出气体的丙酮检测，不但实现丙酮含量的精准检测，还能无创、实时诊断糖尿病，减轻病患因检测带来的疼痛。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供PrFeO3气敏传感器在如下1)～2)任意一项中的用途：
[0008]1)检测丙酮；
[0009]2)制备糖尿病诊断产品。
[0010]优选的，所述PrFeO3气敏传感器由以下方法制备：
[0011]将PrFeO3气敏材料与去离子水混合制成膏体，将膏体涂覆在气敏膜上，形成传感膜；对传感膜进行加热老化，得到PrFeO3气敏传感器。
[0012]优选的，所述PrFeO3气敏材料与去离子水的加入量之比为1：50；所述加热老化的温度为200℃，时间为24h。
[0013]优选的，所述传感膜的两端分别设有电极，所述电极为Au电极，与Pt线连接；所述加热老化的温度为200℃，时间为24h。
[0014]优选的，所述PrFeO3气敏材料由以下方法制备：
[0015](1)将Pr2O3、Fe(NO3)3、PEG和去离子水混合，然后加入HNO3溶液得到混合溶液，置于水浴中加热并搅拌，得到混合溶胶；
[0016](2)将混合溶胶进行预烧结，然后进行研磨和烧结，得到的粉末即为PrFeO3气敏材料。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述Pr2O3、Fe(NO3)3、PEG、去离子水和HNO3溶液的加入量之比为32.98：24.18：5：50：50；所述水浴加热的温度为80℃，时间为24h。
[0018]优选的，所述HNO3溶液的质量浓度为68％；所述PEG的重均分子量为20000。
[0019]优选的，步骤(2)中，所述预烧结的温度为100℃，时间为6h。
[0020]优选的，步骤(2)中，所述研磨的时间为1h；所述煅烧的升温速率为4℃/min，煅烧的温度为600～900℃。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术的PrFeO3气敏传感器制备方法简单，该传感器具有优异的相对湿度适应性、长期稳定性、重复性和选择性。通过建立PrFeO3与人体呼出气体中丙酮浓度、二氧化碳浓度和相对湿度响应的数学模型，验证了该模型的正确性。
[0023](2)本专利技术成功地设计并实现了一种基于PrFeO3的便携式丙酮检测产品，可用于人体呼出气体中丙酮浓度的实时监测。用它监测糖尿病患者在饭前饭后呼出气体中丙酮的浓度，与人体正常生理状态相符。表明PrFeO3在糖尿病的预诊断中具有巨大的潜力。
附图说明
[0024]图1：传感器的制备过程示意图；(a)
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(d)为制备PrFeO3的流程图，(e)为气体传感器结构图及气体传感器测试系统；
[0025]图2：本专利技术制备的PrFeO3的电镜图和XPS，(a
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d)不同烧结温度下PrFeO3的SEM，(e)不同烧结温度下PrFeO3的XRD，(f)PrFeO3的XPS测量，(g)Pr元素的XPS分析精细谱图，(h)Fe元素的XPS分析精细谱图，(i)O元素的XPS分析精细谱图；
[0026]图3：(a)不同烧结温度下PrFeO3对0.5ppm丙酮的响应曲线，(b)不同操作温度下，PrFeO3对不同浓度丙酮的响应，(c)200℃下瞬态PrFeO3对不同浓度丙酮的响应，(d)200℃时，PrFeO3对高浓度丙酮的反应，插图为局部放大图；
[0027]图4：(a)200℃下，PrFeO3对0.5ppm丙酮的响应动态曲线，(b)200℃下，PrFeO3对0.5ppm丙酮的选择性反应，(c)200℃下，相对湿度为0.5ppm时，PrFeO3对丙酮的反应，(d)在不同相对湿度条件下，在200℃下，PrFeO3对0.5ppm丙酮的反应随时间的变化；
[0028]图5：(a)200℃时，PrFeO3对丙酮气体的反应，(b)200℃下，PrFeO3对二氧化碳的响应，(c)在200℃时，PrFeO3对丙酮和二氧化碳混合气体的反应，(d)PrFeO3对丙酮和二氧化碳混合气体响应拟合平面，(e)200℃下，PrFeO3对RH混合气体的响应，(f)200℃下响应变化与RH的关系；
[0029]图6：(a)人体呼出气体测量装置示意图:人体呼出气体通过管子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.PrFeO3气敏传感器在如下1)～2)任意一项中的用途：1)检测丙酮；2)制备糖尿病诊断产品。2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述PrFeO3气敏传感器由以下方法制备：将PrFeO3气敏材料与去离子水混合制成膏体，将膏体涂覆在气敏膜上，形成传感膜；对传感膜进行加热老化，得到PrFeO3气敏传感器。3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述PrFeO3气敏材料与去离子水的加入量之比为1：50；所述加热老化的温度为200℃，时间为24h。4.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述传感膜的两端分别设有电极，所述电极为Au电极，与Pt线连接。5.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述PrFeO3气敏材料由以下方法制备：(1)将Pr2O3、Fe(NO3)3、PEG和去离子水混合，然后加入HNO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖静，张恒，张连，杨红芳，
申请(专利权)人：泰山学院，
类型：发明
国别省市：