[发明专利]基于纳米纤维气体富集的色敏气体传感阵列及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别是涉及一种基于纳米纤维气体富集的色敏气体传感阵列及其制备方法。

背景技术

快速、准确地实现气体检测与分析在环境保护、化工控制、家用报警、食品保鲜、航空航天和公安海关等领域都有着重要意义。基于气体传感阵列的仿生电子嗅觉系统是近20年刚刚兴起的研究领域，该系统是模仿生物嗅觉系统，实现对气体快速、高灵敏、高选择性分析检测，目前已成为国内外的研究热点。国外对于基于气体传感阵列的仿生嗅觉系统研究开发较早，目前英、美、德、法和瑞典等国家均有商品化产品，并已广泛用于生物医学、环境监测、植物保护、烟草业、化妆品、食品工业、石油化工、粮食贮存与加工、酒类和饮料等等。但其价格昂贵，售价均在五千美元到十万美元之间。而国内目前还主要处在实验室研究阶段，没有商品化产品。

人工鼻气体检测器件开发的核心是气体传感阵列。到目前为止，金属氧化物气体传感阵列、共轭高分子气体传感阵列以及石英晶体微平衡气体传感阵列等已经被广泛开发研究，部分已用于商品化的电子鼻。如何将人工嗅觉系统的识别与检测结果形象地、一目了然地再现出来，实现所谓嗅觉可视化，已经日益引起了人们的重视。最近，利用一些和气体作用后颜色发生明显变化的染料和pH指示剂作为气敏材料来制备新型的色敏气体传感阵列，已经引起了科研人员的广泛关注（Nature, 2000, 406, 710-713.）。该阵列一般利用不同的染料和pH指示剂作为气敏材料，以薄层硅胶板（TLC）为载体，将各个气敏材料固定到基底的不同位置上来制备传感阵列。通过测量各个气敏单元与气体反应前后的颜色变化，结合计算机模式识别技术，可以实现对多种气体的高精度分析检测。然而，目前这种色敏气体传感阵列的检测灵敏性一般都只限于ppm范围内，而目前常用的化学仪器分析法，如气相色谱、液相色谱、质谱等，其检测灵敏性一般都能达到ppb范围。较低的检测灵敏性限制了目前气体传感阵列的应用范围，如人体呼吸气体检测。如何在现有气体传感阵列的基础上构造精度高、选择性好，可以完成低浓度气体检测的气体检测仪器就成为目前气体检测方面的研究热点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于电纺纳米纤维气体富集的色敏气体传感阵列，解决了现有技术中气体传感阵列检测低浓度气体时灵敏度差、响应速度慢、检测需要的气体样品体积过大等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种基于纳米纤维气体富集的色敏传感阵列，所述色敏传感阵列由若干个气敏单元构成，所述气敏单元以电纺纳米纤维膜为载体，所述电纺纳米纤维膜上固定有选自于卟啉类、酞青类化合物分子或pH指示剂的色敏材料。

在本发明一个较佳实施例中，是由2～100个气敏单元构成。

在本发明一个较佳实施例中，所述电纺纳米纤维膜中的电纺纳米纤维的直径为10nm～100μm，所述电纺纳米纤维之间的间距同样为10nm～100μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述电纺纳米纤维膜的膜厚为1~100μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述电纺纳米纤维具有纳米多孔结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：

提供基于纳米纤维气体富集的色敏传感阵列的制备方法，是按照以下步骤制备获得：

（1）选取若干种适宜的气敏材料、载体材料，并针对每种气敏材料选择相应的溶剂，将若干种所述气敏材料以0.1～0.5mol/L的浓度分别溶解在相应的溶剂中，形成不同的色敏材料溶液；所述载体材料选自由不同材料的静电纺丝制成的电纺纳米纤维膜；

（2）通过打孔器将步骤（1）中选取的载体材料加工成直径为1 cm的圆形的电纺纳米纤维膜，并分别浸泡在步骤（1）配置的不同的色敏材料溶液中，所述色敏材料溶液的体积选取1～10 mL；待气敏材料均匀固定到所述电纺纳米纤维膜上之后，将所述电纺纳米纤维膜从所述色敏材料溶液中取出，将其干燥后得到气敏单元；将若干个气敏单元进行组合，形成所述基于纳米纤维气体富集的色敏传感阵列。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中气敏材料从卟啉类、酞青类化合物以及pH指示剂中选取。

在本发明一个较佳实施例中，所述电纺纳米纤维膜中的电纺纳米纤维的直径为10nm～100μm，所述电纺纳米纤维之间的间距同样为10nm～100μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述电纺纳米纤维膜的厚度为1～100μm。