CN1239902C - 声表面波阵列传感器液相成份分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声表面波阵列传感器液相成份分析仪。由进样系统、传感器和检测系统组成，检测系统和进样系统通过传感器连接。进样系统采用流动注射的方法，传感器为声表面波延迟线阵列传感器，传感器的敏感单元采用脉冲激光沉积(PLD)成膜技术制备。该仪器既能检测液体总体电特性参数，又能同时分析液体中多种金属离子成份。本发明可在食品、工业、生物医学(如血液、体液)等领域中对液体的电特性以及多种金属离子进行定性和定量的检测。
Description
技术领域
本发明涉及用声波测量同时检测液体电特性和金属离子成份的仪器，尤其涉及一种声表面波阵列传感器液相成份分析仪。
背景技术
重金属离子能够对人体产生有害甚至致命的影响，因此重金属的定量检测在药物、食品、临床和环境监测等方面有着非常重要的意义；同时液体的电特性(电导率等)也是描述液体背景值的一个重要参数。目前的检测方法(如原子吸收分光光度法、质谱法只能对重金属离子作分析，而且检测手段复杂的确定，同时盐度计、电导率仪尽管可以对液体的电特性作测量，但是也存在重复性不好，电极维护复杂的缺点。而且目前没有可以应用于工业现场实时检测的工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声表面波阵列传感器液相成份分析仪，可以同时对液体的电特性及各种金属离子作检测分析。
为了达到上述目的、本发明采用的技术方案是：它包括计算机、4个高频振荡电路、3个混频低通电路、频率计、声表面波延迟线传感器、废液槽、由样液、去离子水槽组成的进样装置、蠕动泵；计算机和频率计通讯连接、计算机和蠕动泵电路连接，蠕动泵的一端接进样装置。在所述的声表面波延迟线传感器上，暴露1个延迟线上的压电基底，形成1个开路通道，通过用金属材料短路1个延迟线上的压电基底形成1个短路通道，通过脉冲激光沉积技术在2个延迟线上的压电基底上制备对不同金属离子敏感的薄膜形成2个敏感通道，各个敏感通道按Y方向依次顺序并联制作在同一个压电基底上；延迟线上四周装有保护叉指电极的密封环，在密封环上安装开有液体进出口的检测腔盖；检测腔盖两端的液体进出口分别通过乳剂管和蠕动泵以及废液槽相连；每个通道通过各自两端的输入输出叉指电极分别和高频振荡电路的输入输出相连，开路通道的信号和2个敏感通道的信号分别和各自的混频低通电路的一个输入端口相连，所有混频低通电路的另一个输入端口和短路通道的信号相连，获得的3个差频信号由频率计检测后传送给计算机。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：采用声表面波传感器，使得检测器件小，信号干扰小；采用流动检测的方法，可以做到所需试样少，测量便捷，重复性好；多通道的结构可以对液体电特性和金属离子作同时测量。因此本发明可在食品、工业、生物医学(如血液、体液)等领域中对液体电特性和金属离子进行动态实时的定性、定量检测。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的传感器的结构俯视图；
图3为本发明的传感器的加检测腔盖的结构俯视图；
图4为本发明的装配示意图；
图5为图3的I-I’剖视图；
图6典型的传感器动态响应曲线；
图7为Fe3+敏感通道对Fe3+离子浓度的响应曲线；
图8为敏感通道和开路通道的对比实验曲线；
图9为开路通道对液体总盐度的响应曲线；
图10为开路通道对白酒酒精度的响应曲线；
图11为开路通道对汽油掺水率的响应曲线。
图中：A为计算机，B为高频振荡电路，C为混频低通电路，D为频率计，E为声表面波延迟线传感器，F为废液槽，G为进样装置，H为蠕动泵，1为铜板，2为压电基底，3为密封环，4为敏感膜材料，5为金属层，6为敏感通道，7为短路通道，8为开路通道，9为检测腔盖，10为液体进口，11为液体出口。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5所示：包括计算机A、4个高频振荡电路B、3个混频低通电路C、频率计D、声表面波延迟线传感器E、废液槽F、由样液、去离子水槽组成的进样装置G、蠕动泵H；计算机A和频率计通讯连接、计算机A和控制蠕动泵电路连接，蠕动泵H的一端接进样装置。在所述的声表面波延迟线传感器(E)上，暴露1个延迟线上的压电基底2，形成1个开路通道8，通过用金属材料短路1个延迟线上的压电基底2形成1个短路通道7，通过脉冲激光沉积技术在2个延迟线上的压电基底2上制备对不同金属敏感的薄膜形成2个敏感通道6，各个敏感通道按Y方向依次顺序并联制作在同一个压电基底2上；延迟线上四周装有保护叉指电极的密封环3，在密封环3上安装开有液体进出口10、11的检测腔盖9；检测腔盖9的液体进出口10、11分别通过两端乳胶管和蠕动泵H以及废液槽F相连；每个通道通过各自两端的输入输出叉指电极分别和高频振荡电路B的输入输出相连，开路通道的信号和2个敏感通道的信号分别和各自的混频低通电路的一个输入端口相连，所有混频低通电路的另一个输入端口和短路通道的信号相连，获得的3个差频信号由频率计检测后传送给计算机。
所说的高频振荡电路B为MAX4118制成的振荡电路，混频低通电路C由MC1496制成的乘法器和MAX4118制成的2阶压控低通滤波器组成，频率计D的型号为HP5316B，计算机A通过通讯口和频率计D通讯。
如图1所示，系统的工作过程如下：启动高频振荡电路B、混频低通电路C和频率计D工作；计算机A打开去离子水阀，关闭样液阀，同时打开蠕动泵H，向声表面波延迟线传感器E进去离子水；待液体完全进入声表面波延迟线传感器E后计算机A开启和频率计D的通讯；等待传感器对去离子水的响应稳定(10s内读数偏差范围＜20Hz)，或者控制一定的进样时间(如20s)；然后打开样液阀关闭去离子水阀，向声表面波延迟线传感器E进样液，等待声表面波延迟线传感器E对样液的响应稳定(10s内读数偏差范围＜20Hz)，或者控制一定的进样时间(如20s)。如此就完成了一次检测过程。经过检测后的流出声表面波延迟线传感器E的液体流到废液槽F。取声表面波延迟线传感器E对两者稳态频响的差值为对样液的响应值，即y＝f(样液)-f(水)，如图6所示。
按10-2～10-6mol/l的浓度间隔10倍配比Fe(NO3)3溶液，选择Fe12(Ge28Sb12Se60)98.8硫系玻璃用脉冲激光沉积(PLD)技术在敏感通道上制备敏感膜材料。如图7所示为传感器敏感通道对上述浓度Fe(NO3)3溶液的响应曲线，如图8所示为传感器敏感通道和传感器开路通道对10-3mol/l的Fe(NO3)3溶液对比响应曲线。敏感通道对Fe(NO3)3溶液检测下限可以达到10-5mol/l。
用电导率仪标定0.024S/m、0.039S/m、0.1S/m、0.18S/m、0.32S/m、0.58S/m的KCl溶液，用开路通道对它们进行测量，可以得到如图9所示的曲线，传感器的检测下限为1.2×10-4S/m。
将35度、36度、37度、38度和39度的白酒作为样液，用开路通道进行检测，可以得到如图10所示的曲线。传感器的检测灵敏度为1.5KHz/度，检测精度为0.2度。
对于食用油，按掺水比例2％，5％，10％，15％和20％进行混合后作为样液，用传感器的开路通道进行测量，可以得到如图11所示的曲线。可以有效识别＞5％的有机溶液掺水比例。
Claims (2)
1、一种声表面波阵列传感器液相成份分析仪，包括计算机(A)、4个高频振荡电路(B)、3个混频低通电路(C)、频率计(D)、声表面波延迟线传感器(E)、废液槽(F)、由样液、去离子水槽组成的进样装置(G)、蠕动泵(H)；计算机(A)和频率计(D)通讯连接、计算机(A)和蠕动泵(H)电路连接，蠕动泵(H)的一端接进样装置；其特征在于：在所述的声表面波延迟线传感器(E)上，暴露1个延迟线上的压电基底(2)，形成1个开路通道(8)，通过用金属材料短路1个延迟线上的压电基底(2)形成1个短路通道(7)，通过脉冲激光沉积技术在2个延迟线上的压电基底(2)上制备对不同金属离子敏感的薄膜形成2个敏感通道(6)，各个敏感通道按Y方向依次顺序并联制作在同一个压电基底(2)上；延迟线上四周装有保护叉指电极的密封环(3)，在密封环(3)上安装开有液体进出口(10、11)的检测腔盖(9)；检测腔盖(9)的液体进出口(10、11)分别通过两端的乳胶管和蠕动泵(H)以及废液槽(F)相连；每个通道通过各自两端的输入输出叉指电极分别和高频振荡电路(B)的输入输出相连，开路通道的信号和2个敏感通道的信号分别和各自的混频低通电路(C)的一个输入端口相连，所有混频低通电路的另一个输入端口和短路通道的信号相连，获得的3个差频信号由频率计(D)检测后传送给计算机(A)。
2、根据权利要求1所述的一种声表面波阵列传感器液相成份分析仪，其特征在于：所说的高频振荡电路(B)为MAX4118制成的振荡电路，混频低通电路(C)由MC1496制成的乘法器和MAX4118制成的2阶压控低通滤波器组成，频率计(D)的型号为HP5316B，计算机(A)通过通讯口和频率计(D)通讯。
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