CN103454177A - 一种检测湖南腊肉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湖南腊肉的气敏传感器阵列的制备方法，包括步骤：用真空镀膜机分别将聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯四种聚合物薄膜蒸镀在不同的石英基片上,将蒸镀好的石英基片焊接在电路板上,应用本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，在检测湖南腊肉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

一种检测湖南腊肉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湖南腊肉的气敏传感器阵列的制备方法。

背景技术

现在老百姓对于食品安全越来越不放心，除了唯利是图的商贩制假贩假现象增多外，消费者自身的安全意识越来越强，对于食品安全的曝光事件也很敏感也是重要的因素。调查显示，肉制品是最令消费者担心的食品种类。肉制品是以各种肉为主要原料，经过腌制、绞碎、搅拌、煮制、烟熏等加工过程生产的食品。常出现的安全问题有：亚硝酸盐含量、菌落总数、大肠菌群超标、违规添加合成着色剂、山梨酸、苯甲酸等防腐剂等，对人类健康造成危害。

食品质量安全状况是一个国家经济发展水平和人民生活质量的重要标志。因此，我国政府把坚持以人为本，高度重视食品安全，一直把加强食品质量安全摆在重要的位置。如何鉴别肉类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），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。

发明内容

本发明目的是提供一种检测湖南腊肉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湖南腊肉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腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯四种聚合物薄膜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50μm-80μm。

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，在检测湖南腊肉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确定湖南腊肉中的特征性挥发成分为糠醛、愈创木酚、2-呋喃甲醇、2-甲基-2-环戊烯-1-酮。依据聚丙烯腈分子中的氢原子易和糠醛分子中的氧原子形成氢键，可判断聚丙烯腈易溶于糠醛，即聚丙烯腈对糠醛有较好的亲和性；依据愈创木酚分子结构中含有羟基（-OH），涤纶树脂分子中的H原子易和愈创木酚分子中羟基上的氧形成氢键，所以愈创木酚对涤纶树脂具有较好的亲和性；依据2-呋喃甲醇分子中的羟基上的氧原子易和聚甲基丙烯腈分子上的氢原子形成氢键，可以判断聚甲基丙烯腈易溶于2-呋喃甲醇，即2-呋喃甲醇对聚甲基丙烯腈具有较好的亲和性；依据2-甲基-2-环戊烯-1-酮分子中的烯酮基团是给电子基团，聚苯乙烯分子中的乙烯基是亲电子基团，所以根据溶剂化作用可以判断聚苯乙烯易溶于2-甲基-2-戊烯-1-酮，即其对聚苯乙烯有较好的亲和性。

下表为湖南腊肉的特征化合物及其亲和性敏感的聚合物树脂结构式：

因此本发明中的四种聚合物（聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯）分别对应与湖南腊肉中主要成分糠醛、愈创木酚、2-呋喃甲醇、2-甲基-2-环戊烯-1-酮等有较好的亲和性。当检测样品腊肉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，通过与湖南腊肉的标准图谱对比，以达到对检测样品腊肉的定性分析。

实施例1：

1、聚丙烯腈购买于百灵威科技有限公司，分子量为15万；糠醛购买于百灵威科技有限公司，纯度为99%；涤纶树脂购买于百灵威科技有限公司，分子量为3万；愈创木酚购买于百灵威科技有限公司，纯度为99%；聚甲基丙烯腈购买于百灵威科技有限公司，分子量为25000；2-呋喃甲醇购买于百灵威科技有限公司，纯度为99%；聚苯乙烯购买于百灵威科技有限公司，分子量为20000；2-甲基-2-环戊烯-1-酮购买于百灵威科技有限公司，纯度为A级纯。

2、在UNIVEX-300型真空镀膜机上分别将聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯蒸镀在直径为10mm，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，放置石英基片和聚丙烯腈；

（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^-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，将涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯分别蒸镀在直径为10mm，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聚合物薄膜的接触角，测量结果显示糠醛和聚丙烯腈薄膜的接触角为24°，表明糠醛和聚丙烯腈的亲和性较好；愈创木酚和涤纶树脂薄膜的接触角为24.5°，表明愈创木酚和涤纶树脂的亲和性较好；2-呋喃甲醇和聚甲基丙烯腈薄膜的接触角为27°，表明2-呋喃甲醇和聚甲基丙烯腈的亲和性较好；2-甲基-2-环戊烯-1-酮和聚苯乙烯薄膜的接触角为25°，表明2-甲基-2-环戊烯-1-酮和聚苯乙烯的亲和性较好。

4、将步骤2中制备的四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=50×1.5×15mm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腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯蒸镀在直径为8mm，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，放置石英基片和聚丙烯腈；

（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60μm；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60μm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，将涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯等分别蒸镀在直径为8mm，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中制备的四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=45×1.5×15mm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腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯蒸镀在长×宽=10×10mm，厚度为0.8mm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，放置石英基片和聚苯乙烯；

（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80μm；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80μm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，将聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈等分别蒸镀在长×宽=10×10mm，厚度为0.8mm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中制备的四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=50×1.5×15mm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腊肉旁，腊肉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腊肉的特征挥发性成分，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，即得到能反映样品腊肉的特征谱图，该谱图与作为辨识湖南腊肉的标准谱图进行对比，以达到对所检测的样品腊肉的定性分析。

本发明通过分析湖南腊肉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，研究并采集湖南腊肉的特征智能嗅闻图谱，通过图谱比对，检测样品腊肉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，在检测湖南腊肉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 (4)

1.一种检测湖南腊肉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腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯四种聚合物薄膜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。

2.根据权利要求1所述的检测湖南腊肉的气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中真空镀膜机的真空度为1×10^-7-1×10^-5mbar。

3.根据权利要求1所述的检测湖南腊肉的气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中四种聚合物薄膜的蒸镀厚度为50μm-80μm。

4.根据权利要求1所述的检测湖南腊肉的气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中蒸镀温度为60-120℃。