[发明专利]一种硫系恶臭气体声表面波气敏传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器件技术领域，涉及气敏薄膜材料及声表面波器件，具体指一种检测硫系恶臭气体的声表面波传感器。

背景技术

硫化物大多具有恶臭，由于其极易挥发且嗅觉阈值很低，在国标GB-14554-93《恶臭污染物排放标准》中就对硫化氢、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳、二甲基二硫醚的排放进行严格的规定。硫系恶臭气体的产生、排放源较广，一方面来源于动植物体腐败分解的行业和设施，如污水处理厂、垃圾填埋场、禽畜牧场等，另一方面来源于人类的工业生产，比如牛皮纸浆厂、鱼兽骨处理厂、炼油厂、制药/农药厂、化工厂、橡胶厂、塑料再生厂、冶金厂等。

为保护环境，亟待发展针对硫系恶臭气体的化学传感器。化学传感器灵敏度的高低及选择性的好坏主要是由传感器敏感材料所决定，因此，传感器敏感材料的研究与开发已成为目前化学传感器领域研究的重点。上述硫系恶臭气体传感器还可应用于医学领域，通过对人体呼出气体的识别，用于辅助疾病诊断。

日本Keio大学采用9MHz的石英晶体微天平(QCM)传感器，首先利用sel-gel法预先在金电极上制备多孔的氧化铝薄膜，然后再利用滴涂、浸涂、层-层自组装等方法制备聚乙烯亚胺(PEI)敏感膜。氧化铝多孔层提高了敏感薄膜的表面积，对100ppb的甲硫醇气体的信号为16Hz，而直接制备在QCM上的敏感膜的信号仅有不到8Hz。但是PEI敏感膜对甲硫醇的响应很慢，长达10min以上。参见文献：Kikuchi M,Shiratori S,Quartz crystal microbalance(QCM)sensor for CH₃SH gas by using polyelectrolyte-coated sol–gel film,Sens Actuators B,2005,108:564-571。

日本NTT微系统集成实验室采用9MHz的QCM，以金作为电极，利用射频溅射沉积的聚乙烯(PE)、D-苯基丙氨酸(Phe)、D-组氨酸(His)等为敏感膜，构成传感器阵列，对口臭气体进行了测试，用于诊断牙周炎。传感器阵列能分辨总浓度为47ppm以上，硫化氢和甲硫醇的混合比为1:6到6:1的二元气体。参见文献：Seyama M,Iwasaki Y,Ogawa S et al.Discriminative detection of volatile sulfur compound mixtures with a plasma-polymerized film-based sensor array installed in a humidity-control system,Anal Chem,2005,77(13):4228-4234。

按国标GB14554-93恶臭污染物无组织排放的一级标准，甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫醚、二硫化碳的排放浓度上限分别是0.004、0.03、0.03和2mg/m³，合0.0019、0.011、0.007、0.59ppm。可见，上述传感器的灵敏度远远满足不了使用要求，有的传感器还存在响应速度慢等其他问题。

发明内容

本发明提供一种硫系恶臭气体声表面波气敏传感器，该硫系恶臭气体气敏传感器采用聚合物气敏材料成膜于声表面波器件表面，具有对硫系恶臭气体的灵敏度高、选择性好、响应速度快、解吸彻底和重复性好的特点。

本发明技术方案如下：

一种硫系恶臭气体声表面波气敏传感器，包括声表面波器件和成膜于声表面波器件表面的聚合物气敏材料，所述聚合物气敏材料为聚[甲基(4-羟基-4,4-双-三氟代甲基)-丁基]-硅氧烷，其结构式为：

其中n为10-100之间的整数。

进一步地，上述硫系恶臭气体包括甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳或二甲基二硫醚。

本发明的实质是在发现现有聚合物（聚[甲基(4-羟基-4,4-双-三氟代甲基)-丁基]-硅氧烷）对硫系恶臭气体敏感的新性质的基础上所提供的硫系恶臭气体气敏传感器，实验发现聚[甲基(4-羟基-4,4-双-三氟代甲基)-丁基]-硅氧烷对硫系恶臭气体相当敏感，且其吸附是可逆的。因此采用该硫系恶臭气体气敏材料做成的苯乙烯声表面波气敏传感器具有对硫系恶臭气体的灵敏度高、选择性好、响应速度快、解吸彻底和重复性好的特点。

附图说明

图1为聚合物气敏材料聚[甲基(4-羟基-4,4-双-三氟代甲基)-丁基]-硅氧烷的结构式。