CN103424328B - 一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法，包括步骤：（1）用真空镀膜机分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在不同的石英基片上；（2）将蒸镀好的石英基片焊接在电路板上；应用本发明的方法制备的气敏传感器阵列尺寸小，成本低，重复性好，能长期稳定工作，共存气体产生的影响小，对混合气体的分辨性能高。且用其结合压电系统制成的电子鼻系统，在检测药香型白酒真伪时不需要样品繁琐的前处理过程，可直接进行，且响应速度快，准确度高。

Description

一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法

技术领域

本发明属于气敏传感器技术领域，尤其是涉及一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法。

背景技术

目前,食品安全已经是一个全球问题，尤其在关系广大人民群众生活的白酒行业中，存在质量安全控制水平较低、快速检测能力不足、相关技术与设备落后等问题，如何鉴别白酒品质成为食品市场管理的重点和难点。20世纪90年代，出现了一种通过气体传感器和模式识别技术相结合的方式模拟生物嗅觉系统，从而实现对挥发性物质进行检测和识别功能的新设备-电子鼻(又称气味扫描仪），其核心部件为气敏传感器，具有客观、快捷、重复性的优点。

在电子鼻的研制中，气敏传感器阵列的选择和应用是关键因素，合适的传感器阵列对提高整个系统的性能至关重要。目前应用的气敏传感器主要是电导控制传感器（有体电导控制型和表面电导控制型两种），如公开号为CN114655A的气敏传感器，其结构主要包括一层金属氧化物气敏半导体（如ZnO，SnO2等）和一个加热器。这类气体传感器需要加热到大约300℃才能保证氧化还原反应的顺利进行，因此其存在以下弊端：一、需要加热控温装置，增加了传感器的体积，功耗和复杂度，不便用现行的微电子工艺制作；二、集成度不高；三、对大部分氧化还原性较弱的有机气体灵敏度不高。因此，将研制一种能够快速检测、分辨率高的白酒检测装置，对我国食品行业的有效发展具有重大的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法，本发明尺寸小，成本低，重复性好，能长期稳定工作，共存气体产生的影响小，对混合气体的分辨性能高。

实现本发明目的的一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法，包括步骤：

（1）用真空镀膜机分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在不同的石英基片上；

（2）将蒸镀好的石英基片焊接在电路板上。

所述步骤（1)中真空镀膜机的真空度为1×10^-7-1×10^-5mbar。

所述步骤（1）中四种聚合物薄膜蒸镀厚度为20μm-50μm。

所述步骤（1）中蒸镀温度为60-120℃。

应用该方法制成的气敏传感器阵列的有益效果：

本发明尺寸小，成本低，重复性好，能长期稳定工作，共存气体产生的影响小，对混合气体的分辨性能高。该气敏传感器阵列结合压电系统制成的电子鼻系统，在检测药香型白酒时不需要样品繁琐的前处理过程，可直接进行，且响应速度快，准确度高。

具体实施方式

为更好的说明本发明，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在实验室中通过GC-MS分析药香型白酒（以贵州董酒为例）中的特征性挥发成分为水、乙醇、正丙醇、丁酸、丁酸乙酯。依据聚丙烯酸钠的结构式中有羧基，易和水分子之间形成比较强的氢键作用,所以聚丙烯酸钠易溶于水，即它对水有较好的亲和性；依据聚三甲基硅-1-丙炔结构中硅甲基上的氢原子易和乙醇分子中的氧原子形成较强的氢键作用，判断它易溶于乙醇，即它对乙醇有较好的亲和性；依据相似相容原理可以判断聚乙烯醇易溶于正丙醇；丁酸中的羧基（-COOH）是吸电子基团，易和尼龙-66中的给电子基团（-NH-）形成溶剂化作用，所以尼龙-66易溶于丁酸，即尼龙-66对丁酸有好的亲和性；硝酸纤维素含有亲电子基团(-ONO₂)，所以易溶于含有给电子基团(-OCOCH₃)的丁酸乙酯中，即丁酸乙酯对硝酸纤维素具有好的亲和性。下表为贵州董酒中的特征化合物及其亲和性敏感的聚合物树脂结构式：

因此本发明中的五种聚合物分别对应与药香型白酒中主要成分水、乙醇、正丙醇、丁酸、丁酸乙酯等有较好的亲和性。当检测样品白酒中的混合气体通过该气敏传感器阵列时，聚合物膜会对应有较高的响应度，通过压电系统得到综合响应的电信号图谱，即得到能反映该样品的特征图谱库，通过与药香型白酒的标准图谱对比，以达到对检测样品白酒的定性分析。

实施例1：

1、实验所用聚丙烯酸钠购买于阿拉丁试剂有限公司，分子量为400万；水是二次去离子水；聚三甲基硅-1-丙炔购买于阿拉丁试剂有限公司，分子量为50万；乙醇购买于阿拉丁试剂有限公司，为AR级纯试剂；聚乙烯醇购买于百灵威试剂有限公司，分子量为20000；正丙醇购买于百灵威试剂有限公司，纯度为98%；尼龙-66购买于阿法埃莎试剂有限公司，分子量约为27000；丁酸购买于阿法埃莎试剂有限公司，纯度为99%；硝酸纤维素购买于百灵威试剂有限公司；丁酸乙酯购买于百灵威试剂有限公司，纯度为99%。

2、在UNIVEX-300型真空镀膜机上分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在直径为12mm厚度为1mm的圆形石英基片上，其具体步骤如下：

（1）选择合适的基片架，放置石英基片和聚乙烯醇；

（2）检查循环冷却水、压缩空气和高纯氮气状态，检查机械泵和出口油雾过滤器的油位；

（3）将主电源旋钮旋至竖直位置，待仪器自检正常后将钟罩扣上，注意左侧的连杆位置；

（4）通过F₁和F₅将显示屏切换到抽气界面，开始抽气，开始抽气后禁止断电；

（5）在膜厚设定仪上设定蒸镀厚度为20μm；在主屏幕的挡板控制界面中将控制方式改为auto；

（6）当真空度达到1×10^-7mbar时，开始蒸镀；

（7）热蒸镀部分：开启底部的热蒸镀电源控制器，将控制模式改为internal，默认1号（内侧）电极加热。调节电流至真空箱内温度升至60℃，通过观察窗观察加热舟状况。按下膜厚控制仪的open按钮打开挡板，开始蒸镀。当膜厚达到20μm时，膜厚控制仪自动关闭挡板，将热蒸镀电源控制器的控制模式切换到external，切断电流。该层材料蒸镀完成；

（8）蒸镀完成后继续抽真空10分钟左右，等镀材完全冷却后再停止抽气；

（9）关闭真空泵时切换到抽气界面，按下开关后分子泵首先开始停转，此时分子泵电源控制器上显示分子泵的负载。待负载指示灯熄灭后，将主屏幕切换到充气界面，按下充气按钮开始充气。此时需打开高纯氮的减压阀，出口压强禁止超过一个大气压。放气完成后打开钟罩，取出样品和镀材，蒸镀工艺完成，顺序关闭高纯氮、主电源、循环冷却水和压缩空气。

（10）同理，将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、尼龙-66、硝酸纤维素分别蒸镀在直径为12mm厚度为1mm的圆形石英基片上。

3、在北京东方德菲仪器有限公司购买的型号为OCA20的接触角测定仪上测量每种试剂和其对应的接触角，测量结果显示水和聚丙烯酸钠薄膜的接触角为17.5°，远小于90°,表明水和聚丙烯酸钠的亲和性很好；乙醇和聚三甲基硅-1-丙炔薄膜的接触角为20.6°，表明乙醇和聚三甲基硅-1-丙炔的亲和性很好；正丙醇和聚乙烯醇薄膜的接触角为23°，表明正丙醇和聚乙烯醇的亲和性比较好；丁酸和尼龙-66薄膜的接触角为24°，表明丁酸和尼龙-66的亲和性比较好；丁酸乙酯和硝酸纤维素薄膜的接触角为23°，表明丁酸乙酯和硝酸纤维素的亲和性很好。

4、将步骤2中制备的五种聚合物膜石英片分别焊接于电路板上，制成气敏传感器，最后将其排成一排固定于一个长×宽×高=70×1.5×15mm的塑料盒子中，制成了气敏传感器阵列。

实施例2：

1、所用试剂和聚合物与实施例1中相同。

2、在UNIVEX-300型真空镀膜机上分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在直径为10mm，厚度为0.8mm的圆形石英基片上，其具体步骤如下：

（1）选择合适的基片架，放置石英基片和聚乙烯醇；

（2）检查循环冷却水、压缩空气和高纯氮气状态，检查机械泵和出口油雾过滤器的油位；

（3）将主电源旋钮旋至竖直位置，待仪器自检正常后将钟罩扣上，注意左侧的连杆位置；

（4）通过F₁和F₅将显示屏切换到抽气界面，开始抽气，开始抽气后禁止断电；

（5）在膜厚设定仪上设定蒸镀厚度为30μm；在主屏幕的挡板控制界面中将控制方式改为auto；

（6）当真空度达到1×10^-6mbar时，开始蒸镀；

（7）热蒸镀部分：开启底部的热蒸镀电源控制器，将控制模式改为internal，默认1号（内侧）电极加热。调节电流至真空箱内温度升至80℃，通过观察窗观察加热舟状况。按下膜厚控制仪的open按钮打开挡板，开始蒸镀。当膜厚达到30μm时，膜厚控制仪自动关闭挡板，将热蒸镀电源控制器的控制模式切换到external，切断电流。该层材料蒸镀完成；

（8）蒸镀完成后继续抽真空10分钟左右，等镀材完全冷却后再停止抽气；

（9）关闭真空泵时切换到抽气界面，按下开关后分子泵首先开始停转，此时分子泵电源控制器上显示分子泵的负载。待负载指示灯熄灭后，将主屏幕切换到充气界面，按下充气按钮开始充气。此时需打开高纯氮的减压阀，出口压强禁止超过一个大气压。放气完成后打开钟罩，取出样品和镀材，蒸镀工艺完成，顺序关闭高纯氮、主电源、循环冷却水和压缩空气；

（10）同理，将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、尼龙-66、硝酸纤维素等分别蒸镀在直径为10mm，厚度为0.8mm的圆形石英基片上。

3、在北京东方德菲仪器有限公司购买的型号为OCA20的接触角测定仪上测量每种试剂和其对应的聚合物薄膜的接触角，测量结果和实施例1中相同。

4、将步骤2中制备的五种聚合物膜石英片分别焊接于电路板上，制成气敏传感器，最后将其排成一排固定于一个长×宽×高=60×1.5×12mm的塑料盒子中，就制成了气敏传感器阵列。

实施例3：

1、所用试剂和聚合物与实施例1中相同。

2、在UNIVEX-300型真空镀膜机上分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在长×宽=10×10mm，厚度为1mm的正方形石英基片上，其具体步骤如下：

（1）选择合适的基片架，放置石英基片和聚乙烯醇；

（2）检查循环冷却水、压缩空气和高纯氮气状态，检查机械泵和出口油雾过滤器的油位；

（3）将主电源旋钮旋至竖直位置，待仪器自检正常后将钟罩扣上，注意左侧的连杆位置；

（4）通过F₁和F₅将显示屏切换到抽气界面，开始抽气，开始抽气后禁止断电；

（5）在膜厚设定仪上设定蒸镀厚度为50μm；在主屏幕的挡板控制界面中将控制方式改为auto；

（6）当真空度达到1×10^-5mbar时，开始蒸镀；

（7）热蒸镀部分：开启底部的热蒸镀电源控制器，将控制模式改为internal，默认1号（内侧）电极加热。调节电流至真空箱内温度升至120℃，通过观察窗观察加热舟状况。按下膜厚控制仪的open按钮打开挡板，开始蒸镀。当膜厚达到50μm时，膜厚控制仪自动关闭挡板，将热蒸镀电源控制器的控制模式切换到external，切断电流。该层材料蒸镀完成；

（8）蒸镀完成后继续抽真空10分钟左右，等镀材完全冷却后再停止抽气；

（9）关闭真空泵时切换到抽气界面，按下开关后分子泵首先开始停转，此时分子泵电源控制器上显示分子泵的负载。待负载指示灯熄灭后，将主屏幕切换到充气界面，按下充气按钮开始充气。此时需打开高纯氮的减压阀，出口压强禁止超过一个大气压。放气完成后打开钟罩，取出样品和镀材，蒸镀工艺完成，顺序关闭高纯氮、主电源、循环冷却水和压缩空气；

（10）同理，将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、尼龙-66、硝酸纤维素等分别蒸镀在长×宽=10×10mm，厚度为1mm的正方形石英基片上。

3、在北京东方德菲仪器有限公司购买的型号为OCA20的接触角测定仪上测量每种试剂和其对应的聚合物薄膜的接触角，测量结果和实施例1中相同。

4、将步骤2中制备的五种聚合物膜石英片分别焊接于电路板上，制成气敏传感器，最后将其排成一排固定于一个长×宽×高=60×1.5×15mm的塑料盒子中，就制成了气敏传感器阵列。

用该方法制成的气敏传感器阵列，结合压电系统可制成电子鼻系统，检测样品时，将气敏传感器阵列置于样品白酒的瓶口，瓶口打开，酒的气味经过气敏传感器盒的进样口时，气敏传感器阵列上的聚合物膜将吸附该酒的特征挥发性成分，使其质量增加，这现象通过压电系统得到综合响应的电信号谱图，即得到能反映样品白酒的特征谱图，该谱图与作为辨识药香型白酒的标准谱图进行对比，以达到对所检测的样品白酒的定性分析。

本发明通过分析药香型白酒的特征挥发性物质的理化性质，研究并筛选适宜的亲和性敏感的聚合物薄膜涂层材料，研究并采集药香型白酒的特征智能嗅闻图谱，通过图谱比对，检测样品白酒的真伪和质量是否过关。

应用本发明制作的气敏传感器阵列，尺寸小，成本低，重复性好，能长期稳定工作，共存气体对其产生的影响小，对混合气体的分辨性能高。而其结合压电系统制成的电子鼻系统，在检测药香型白酒时不需要样品繁琐的前处理过程，可直接进行，响应速度快，准确度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种检测药香型白酒的气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)用真空镀膜机分别将聚丙烯酸钠、聚三甲基硅-1-丙炔、聚乙烯醇、尼龙-66、硝酸纤维素蒸镀在不同的石英基片上；

(2)将蒸镀好的石英基片焊接在电路板上；

所述步骤(1)中真空镀膜机的真空度为1×10^-7-1×10^-5mbar；所述步骤(1)中五种聚合物薄膜的蒸镀厚度为20μm-50μm；所述步骤(1)中蒸镀温度为60-120℃；

所述聚丙烯酸钠分子量为400万；所述聚三甲基硅-1-丙炔分子量为50万；所述聚乙烯醇分子量为20000；所述尼龙-66分子量为27000；所述硝酸纤维素购买于百灵威试剂有限公司。