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williamhill吧:电子鼻传感器原理与技术

发布时间:2022-05-27 01:19:35 来源:william威廉希尔 作者:williamhill吧

  对一号气体则不敏感,归根结底,整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的,正是这种区别,才使系统能根据传感器的响应图案来识别气味。

  电子鼻的类型很多,其典型的工作程式是:首先,利用真空泵把空气取样吸取至装有电子传感器阵列的小容器室中。接着,取样操作单元把已初始化的传感器阵列暴露到气味体中,当挥发性化合物(VOC)与传感器活性材料表面相接触时,就产生瞬时响应。这种响应被记录并传送到信号处理单元进行分析,与数据库中存储的大量VOC图案进行比较、鉴别,以确定气味类型。最后,要用酒精蒸气“冲洗”传感器活性材料表面以去除测毕的气味混合物。在进入下一轮新的测量之前,传感器仍要再次实行初始化(即工作之间,每个传感器都需用干燥气或某些其它参考气体进行清洗,以达到基准状态)。被测气味作用的时间称为传感器阵列的“响应时间”,清除过程和参考气体作用的初始化过程所花的时间称为“恢复时间”。

  在电子鼻系统中,气体传感器阵列是关键因素。除基本的气相色谱(GC)分析法以外,电子鼻传感器的主要类型还有导电型传感器、压电类传感器、场效应传感器、光纤传感器等。导电性传感器的基本特点是,其置于挥发性化合物(VOC)时的响应形式是电阻值发生变化。导电性传感器又分为金属氧化物传感器和聚合物传感器两大类。金属氧化物传感器在电子鼻系统中应用更广泛,其结构如图1所示。此类传感器中与VOC相接触的活性材料是锡、锌、钛、钨或铱的氧化物,衬底材料一般是硅、玻璃、塑料,发生接触反应需满足200~400℃的温度条件,因此在底部设置了加热器。氧化物材料中用铂、钯等贵重金属搀杂形成两条金属接触电极。与VOC的相互作用改变了活性材料的导电性,使两电极之间的电阻发生变化,这种电阻变化可用单臂电桥或其它电路来测量。事实上,一个传感器的活性材料总是设计得对某些特定气味响应最灵敏.

  该传感器的灵敏度范围为5~50ppm。金属氧化物传感器的缺点是:(1)工作温度较高;(2)经长时间工作之后,响应基准值易发生漂移,需要利用信号处理运算来克服;(3)对气体混合物中出现的硫化物呈“中毒”反应。但是,它有很宽的适用范围和相对低的成本,故依然成为当今广泛应用的气体传感器。

  导电聚合物传感器中,与VOC接触的活性材料一般是用噻吩、吲哚、呋喃等成分构成的导电聚合物,当气体分子与上述聚合物材料接触时会发生电离或共价作用,这种相互作用影响了电子沿聚合物链的传输,即改变了导电性。在聚合物材料中,利用显微组构技术形成两条间隔10~20m的电极,通过在两电极之间施加交变电压来使聚合物电聚合化,改变电压扫描速率,并应用一系列聚合物前体就可产生各种各样的活性材料,使不同的材料分别对不同的气体呈特定响应。导电聚合物传感器在一般环境温度下工作而无需加热,因此更容易制造,其电子界面更为直接,从而在便携式仪器应用中有更大优势。这种传感器探测气味的灵敏度可达到0.1ppm,比金属氧化物传感器更高,但一般在10~100ppm范围之内。目前导电聚合物传感器的主要缺陷是:

  (3)对湿度极为敏感,这种敏感性易掩盖和干扰对VOC的正常响应。另外,某些气体会穿透聚合物材料整体,从而减慢了将VOC从聚合物中去除的过程,即延缓了传感器的恢复时间。