CN103743644A

CN103743644A - 一种检测山西老陈醋的气敏传感器阵列的制备方法

Info

Publication number: CN103743644A
Application number: CN201310706197.6A
Authority: CN
Inventors: 谷宇; 武力; 韩健; 梁星
Original assignee: Zhong An Hi Tech Detection Technology (beijing) Co Ltd
Current assignee: Zhong An Hi Tech Detection Technology (beijing) Co Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-04-23

Abstract

本发明提供了一种检测山西老陈醋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尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯五种聚合物蒸镀在五个不同的石英基片上；（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，在检测山西老陈醋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

一种检测山西老陈醋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山西老陈醋的气敏传感器阵列的制备方法。

背景技术

生产者和监管者都没有重视公共安全利益，导致食品安全在事前防范、事中督查、事后救济方面都出现纰漏。例如，从苏丹红到瘦肉精，从敌敌畏到吊白块，从地沟油到三聚氰胺，食品安全的一波又一波拷问，让消费者无所适从。食醋的安全性和添加剂问题一方面让消费者感到迷惘，另一方面也再次暴露了食品安全机制的脆弱。对一个产品的安全标准和添加剂问题，行业协会比普通消费者甚至业内专家都更为了解，如果行业协会制定了科学合理的生产标准，就能减少乃至杜绝非安全产品的出炉。食品安全的保障不能光指望执法部门的监管，从源头上看，食品行业协会也大有可为。因此，急需要新的行之有效的检测手段，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。气敏传感器阵列的种类很多，常用的有金属氧化物半导体（MOS）电导型气敏传感器阵列、有机聚合物膜（CP）电导型气敏传感器阵列、石英晶体微天平（QCM）气敏传感器阵列、声表面波（SAW）气敏传感器阵列、L-B膜气敏传感器阵列、以及电化学型气敏传感器阵列等。然而，这些气敏传感器阵列都存在着一些无法避免的缺陷，如：MOS型气敏传感器的工作温度高且必须加热，易发生漂移，对混合气体中出现的硫化物易呈“中毒”反应；CP电导型气敏传感器活性材料电聚合过程比较困难和费时，与VOC接触响应存在漂移，对湿度极为敏感，恢复时间长；QCM气敏传感器测试范围较小，受环境影响较大，成本高；SAW气敏传感器的信噪比差，灵敏度较低；L-B膜气敏传感器MOSFET器皿传感器的芯片不易封装与集成，存在基准值漂移，且种类较少；电化学型气敏传感器易渗漏，机械结构复杂，寿命不长，检测的气体种类有限，且制造成本高，不适于便携式电子鼻。因此，市场上需要一种快速检测、分辨率高的山西老陈醋检测装置。

发明内容

本发明目的是提供一种检测山西老陈醋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:一种检测山西老陈醋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尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯五种聚合物蒸镀在五个不同的石英基片上；

（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30μm-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，在检测山西老陈醋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确定山西老陈醋中的特征性挥发成分为乙酸、乙醛、乙酸乙酯、糠醛、3-羟基-2-丁酮。依据乙酸带有强的亲电基团（-COOH），尼龙6含有较强的给电子基团(-NH-)，所以根据溶剂化原则可判断尼龙6易溶于乙酸，即尼龙6对乙酸有较好的亲和性；依据乙醛含有亲电子基团，而聚丙烯酰胺含有给电子基团，它们的分子之间具有溶剂化作用，所以聚丙烯酰胺易溶于乙醛，即聚丙烯酰胺对乙醛有较好的亲和性；依据聚苯乙烯的溶度参数（δ=8.9）和乙酸乙酯的溶度参数（δ=9.1）很接近，且它们的极性和形成氢键的程度大致相等，所以聚苯乙烯易溶于乙酸乙酯，即乙酸乙酯对聚苯乙烯具有很好的亲和性；依据相似相溶原理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；依据溶剂化原理可以判断聚氯乙烯对3-羟基-2-丁酮有好的亲和性。

下表为山西老陈醋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（尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯）分别对应与山西老陈醋中的主要成分乙酸、乙醛、乙酸乙酯、糠醛、3-羟基-2-丁酮等有较好的亲和性。当样品陈醋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，通过与山西老陈醋的标准图谱对比，以达到对检测样品陈醋的定性分析。

实施例1：

1、尼龙6购买于阿法埃莎化学有限公司，分子量约为27000；乙酸购买于百灵威科技有限公司，纯度为99.8%；聚丙烯酰胺购买于百灵威科技有限公司，分子量为20万；乙醛购买于百灵威科技有限公司，纯度为99.5%；聚苯乙烯购买于百灵威试剂有限公司，分子量为15000；乙酸乙酯购买于百灵威试剂有限公司，纯度为99.8%；糠醛购买于百灵威科技有限公司，纯度为99%；聚丙烯腈购买于百灵威科技有限公司，分子量为15万；聚氯乙烯购买于阿法埃莎化学有限公司，分子量为20万；3-羟基-2-丁酮购买于百灵威科技有限公司，纯度为95%。

2、在UNIVEX-300型真空镀膜机上分别将尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯蒸镀在直径为8mm，厚度为0.5mm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^-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，将尼龙6、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯分别蒸镀在直径为8mm，厚度为0.5mm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，测量结果显示乙酸和尼龙6薄膜的接触角为25°，表明乙酸和尼龙6的亲和性较好；乙醛和聚丙烯酰胺薄膜的接触角为21°，表明乙醛和聚丙烯酰胺的亲和性较好；乙酸乙酯和聚苯乙烯薄膜的接触角为25.5°，表明乙酸乙酯和聚苯乙烯的亲和性较好；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；3-羟基-2-丁酮和聚氯乙烯薄膜的接触角为25°，表明3-羟基-2-丁酮和聚氯乙烯的亲和性较好。

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=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尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯蒸镀在直径为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，放置石英基片和尼龙6；

（5）在膜厚设定仪上设定蒸镀厚度为40μm；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1.0×10^-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40μm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；

（10）同理，将聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯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=50×1.5×15mm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尼龙6、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯蒸镀在长×宽=8×8mm，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，放置石英基片和聚丙烯酰胺；

（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；

（10）同理，将尼龙6、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯等分别蒸镀在长×宽=8×8mm，厚度为0.8mm的正方形石英基片上。

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陈醋旁，陈醋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陈醋的特征挥发性成分，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，即得到能反映样品陈醋的特征谱图，该谱图与作为辨识山西老陈醋的标准谱图进行对比，以达到对所检测的样品陈醋的定性分析。

本发明通过分析陈醋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，研究并采集陈醋的特征智能嗅闻图谱，通过图谱比对，检测样品陈醋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，在检测陈醋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

1.一种检测山西老陈醋的气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括步骤：

（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所述的检测山西老陈醋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所述的检测山西老陈醋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30μm-50μm。

4.根据权利要求1所述的检测山西老陈醋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℃。