[发明专利]一种光波导气敏器件、其制备方法、测量系统和化学气体检测方法

权利要求书

1.一种基于自由空间耦合的光波导气敏器件，其特征在于，所述器件包括带有两个小孔的上层光学玻璃片、气室壁、气体敏感层、下层光学玻璃片和平台，其中，上层光学玻璃片、气室壁和下层光学玻璃片形成气室，各部分按照下层光学玻璃片、气体敏感层、气室壁和上层光学玻璃片的顺序依次放在平台上；其中，两个小孔分别用作进气口和出气口；

所述气体敏感层通过用光纤或透镜耦合光束至纳米光波导材料制得；

所述纳米光波导材料为纳米线，所述纳米线以有机小分子或聚合物作为反应前驱体，在溶液条件下用不同方法制备得到；所述不同方法包括溶液滴铸法、电纺丝法、再沉淀法或溶胶-凝胶法；

所述有机小分子为具有荧光发射行为、能够结晶的有机小分子；所述聚合物为能够形成光滑纤维结构的聚合物，为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)。

2.一种制备权利要求1所述的光波导气敏器件的方法，其中，包括如下制备所述气体敏感层的步骤：

a.纳米光波导材料的制备：以有机小分子或聚合物作为反应前驱体，在溶液条件下用不同方法制备波导材料；所述不同方法包括溶液滴铸法、电纺丝法、再沉淀法或溶胶-凝胶法；所述有机小分子为具有荧光发射行为、能够结晶的有机小分子；所述聚合物为能够形成光滑纤维结构的聚合物，为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)；

b.用光纤或透镜耦合光束至所得的波导材料或复合波导材料即制得所述气体敏感层。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机小分子为9,10-二苯乙炔基蒽(BPEA)、9,10-二苯基蒽(DPA)、5,6,11,12-四苯基并四苯(红荧烯，Rubrene)或2,4,5-三苯基咪唑(TPI)。

4.一种测量系统，其特征在于，所述系统包括：激光光源、权利要求1所述的光波导气敏器件、载气和光信号探测与处理部分。

5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述载气为氮气或空气。

6.如权利要求4或5所述的测量系统，其特征在于，所述激发光源部分以及光信号探测与处理部分固定于光波导气敏器件的不同侧，并保证各部分中心高度相等。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述激发光源部分包括激光器、光学小孔、第一透镜、和第二透镜或者光纤。

8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，所述激光器为连续激光器。

9.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，各器件依次放置并保持等轴同高。

10.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述光信号探测与处理部分包括光电倍增管或光电二极管阵列、数据采集器和记录器。

11.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述记录器为计算机。

12.如权利要求4或5所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统中选用波长为351nm的氩离子激光。

13.根据权利要求4或5所述的测量系统，其特征在于，为了使气体与敏感层中的材料充分接触，采用直径为2cm，高度为0.2cm的气室，载气流入气室的速度为60mL/min。

14.根据权利要求4或5所述的测量系统，其特征在于，将波长为351nm的连续激光通过玻璃棱镜输入到光波导气敏器件。

15.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，通过光电倍增管检出输出光并通过数据采集器输送到记录器记录光强度随时间的变化数据。

16.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，整个过程在室温下进行。

17.一种检测挥发性有机气体浓度的方法，是将待测气体与载气由权利要求4至16任一项所述的测量系统中的光波导气敏器件的进气口通入，所述光波导气敏器件的气体敏感层的纳米材料表面富集所述气体分子，敏感层因吸附气体使得透射率变大、吸光度减少，引起输出光强度增大；检测输出光强度的变化，完成所述待测气体浓度的检测。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述待测气体与载气的流速为75-350mL/min。