CN101074931B - 色敏气体传感器阵列的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种传感器阵列的制作方法，其首先选用对气体有颜色变化的疏水性卟啉类化合物和酸碱指示剂作为气体色敏材料。选择相应的有机溶剂，将气体色敏材料以0.1～0.5mol/L的浓度溶解在有机溶剂中。选择白色聚四氟乙烯材料作为传感器基地材料，并将其加工成正方形方块；并在每个正方形方块上用激光雕刻刀整齐的雕刻一定尺寸的标记；再在每个标记处覆以一层0.01～0.02mm厚的疏水性白色稳定剂。通过微量取样装置取0.1uL～10uL气体色敏材料溶液固定到基底板标记处的稳定剂上，一个标记处固定一种气体色敏材料溶液，然后将有机溶剂干燥后得到色敏气体传感器阵列。本发明制作的色敏气体传感器不但检测精度高、检测范围宽，而且使用寿命长、不同批次间一致性高。

Description

色敏气体传感器阵列的制作方法

技术领域

本发明涉及的是一种传感器阵列的制作方法，特指一种色敏气体传感器阵列的制作方法。

背景技术

人工嗅觉是模拟人的嗅觉对挥发气体成分进行定性和定量分析的一种技术。随着人工嗅觉技术的研究和发展，出现了不同类型的气体传感器，如导电型传感器、压电类传感器、场效应传感器等，近年来，人工嗅觉技术在食品工业、精细化工、医疗诊断、环境监测、公安与海关、航天等方面得到了广泛的应用研究。但目前常见的气体传感器多数是基于物理吸附作用来探测气体分子，由于物理吸附作用力比较弱的分子间作用力，主要是范德华力，这使得现有传感器存在灵敏度低，检测范围窄、容易受环境湿度的影响等缺陷。从而，限制了人工嗅觉技术的应用范围。

2000年，美国伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的Kenneth S.Suslick教授发现一些化学物质如金属卟啉、pH指示剂等遇到气味分子会发生颜色变化，因此可以将这些化学物质制成传感器来检测气味，这类传感器称为色敏气体传感器。色敏气体传感器具有分子识别性质，可以区分相似化学物质，甚至是化学性质极其相似的同分异构体，并且对环境的温湿度不敏感等优点，是一类极具发展前途的新型气体传感器。相关美国专利“Colorimetric artificialnose having an array of dyes and method for artificial olfaction(20030166298)”，该专利中所提的色敏气体传感器有使用寿命短、不同批次之间重复性差等缺点。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种色敏气体传感器阵列的制作方法，使所制作的色敏气体传感器不但检测精度高、检测范围宽，而且使用寿命长、不同批次间一致性高。

本发明所述的色敏气体传感器阵列制作方法如下：

(1).气体色敏材料的选择：选用对气体有颜色变化的疏水性卟啉类化合物和酸碱指示剂作为气体色敏材料。

(2).溶剂的选择：针对步骤1中所选择的每种气体色敏材料选择相应的有机溶剂，将气体色敏材料以0.1～0.5mol/L的浓度溶解在有机溶剂中。

(3).传感器基底材料的选择与制作：①选择白色聚四氟乙烯材料(3mm≥厚度≥1mm)，并将其加工成正方形方块(3～5cm²)；②在每个正方形方块上用激光雕刻刀整齐的雕刻边长为0.2～0.5mm正方形(或直径为0.2～0.5mm圆形)、深度为0.01～0.02mm的标记；③在每个标记处覆以一层0.01～0.02mm厚的疏水性白色稳定剂。

(4).阵列制作：通过微量取样装置取0.1uL～10uL步骤2中形成的气体色敏材料溶液固定到步骤3中正方形方块标记处的稳定剂上，一个标记处固定一种气体色敏材料溶液，然后将有机溶剂干燥后得到色敏气体传感器阵列。

该气体传感器阵列有以下特点：

(1)所研制的色敏气体传感器阵列中的气敏材料具有显著的分子识别能力和显色功能。

(2)色敏气体传感器阵列中的化合物剂具有疏水的性质以及基底也是疏水性的，为整个气体可视化传感器阵列提供了一个疏水环境，避免了环境中的湿度变化对传感器的影响。

(3)通过精心制作的基底板使得色敏气体传感器一致性大大提高，使用寿命也得到了延长。

(4)色敏气体传感器阵列通过多个功能各异的色敏气体传感器排列组合，提高了检测精度，极大地拓展了嗅觉可视化的应用范围。

附图说明

图1所研制的色敏气体传感器阵列；

图2所研制的色敏气体传感器阵列与氨气反应的实例图；

图3所研制的色敏气体传感器阵列区分6种醇类物质的主成分分析图。

其中：1-基底板，2-色敏气体传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的色敏气体传感器阵列制作方法做更详细的描述：

(1)气体色敏材料的选择：选用那些对气体有颜色变化的疏水性卟啉类化合物和酸碱指示剂作为传感器材料。经多次试验，最后选择了原卟啉、锌卟啉、铁卟啉、锡卟啉、铜卟啉等卟啉类化合物和甲基红、甲基蓝等疏水性酸碱指示剂。

(2)溶剂的选择：选择对氯甲苯作为卟啉类化合物的溶剂，而酒精作为疏水性酸碱指示剂的溶剂，将他们分别以1mol/L的浓度溶解在溶剂中形成各自的溶液。

(3)传感器基底材料的选择与制作：①选择食品级的白色聚四氟乙烯作为基底板1，首先将聚四氟乙烯加工成正方形方块(3cm×3cm×2mm)；②在正方形方块上用激光雕刻刀整齐的雕刻边长为直径为0.5mm、深度为0.02mm的圆形标记；③在每个圆形标记上覆以一层0.02mm厚的疏水性C2硅胶。

(4)阵列制作：用10uL的微量取样器取5uL步骤2中配置的溶液滴到基底板1标记处的C2硅胶上，一个标记处滴一种溶液，然后将有机溶剂干燥后，每个标记处就得到一种色敏气体传感器2，整个基底板1上的所有标记处的色敏传感器2组合起来就形成色敏气体传感器阵列。

图2为本发明所研制的色敏气体传感器阵列与氨气反应的应用实例，图2(a)为色敏气体传感器阵列与氨气反应前的图像，图2(b)为色敏气体传感器阵列与氨气反应后的图像，图2(c)为色敏气体传感器阵列还原后的图像，从图2中可以看出，色敏气体传感器阵列中每种传感器与氨气反应的激烈强度不一，图中用方框框出的色敏气体传感器为反应剧烈，直接可以通过人眼睛就可以看到变化的传感器。整个传感器阵列的颜色变化可以看作是氨气在该传感器阵列上表现的指纹数据，这非常有利于识别复杂有机气体。

图3为本发明所研制的色敏气体传感器阵列识别6种醇类物质的主成分分析图。所区分的6种醇是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇。从图3中可以看出，所有样本大致被分为三个区域，即左下为一元醇(甲醇)，中上为二、三元醇(乙醇、异丙醇)，右下四元醇(正丁醇、异丁醇、仲丁醇)。乙醇和乙丙醇之间表现了一定的相似性，但是两组样本仍然可以被明显的区分开。正丁醇、异丁醇和仲丁醇是同分异构体，在分子量相同并且化学性质上具有一定的相似性，如果仅仅依靠简单的物理吸附原理，很难将这三种醇区分开，而可视化传感器却能将这三种醇明显的区分开，造成这一现象的原因是由于气体可视化传感器阵列上的可视化传感气敏材料具有分子识别的性质，尤其是卟啉和金属卟啉能够对分子大小、形状、功能团和手性异构体进行识别。

Claims (2)

1.色敏气体传感器阵列的制作方法，其特征是：

(1)气体色敏材料的选择：选用对气体有颜色变化的疏水性卟啉类化合物和酸碱指示剂作为气体色敏材料；

(2)溶剂的选择：针对步骤1中所选择的每种气体色敏材料选择相应的有机溶剂，将气体色敏材料以0.1～0.5mol/L的浓度溶解在有机溶剂中；

(3)传感器基底材料的选择与制作：①选择白色聚四氟乙烯材料，并将其加工成正方形方块；②在每个正方形方块上用激光雕刻刀整齐的雕刻边长为0.2～0.5mm正方形或直径为0.2～0.5mm圆形、深度为0.01～0.02mm的标记；③在每个标记处覆以一层0.01～0.02mm厚的疏水性白色稳定剂；

(4)阵列制作：通过微量取样装置取0.1uL～10uL步骤2中形成的气体色敏材料溶液固定到步骤3中正方形方块标记处的稳定剂上，一个标记处固定一种气体色敏材料溶液，然后将有机溶剂干燥后得到色敏气体传感器阵列。

2.根据权利要求1所述的色敏气体传感器阵列的制作方法，其特征是：所述的白色聚四氟乙烯材料厚度1mm～3mm。

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