專利名稱：一種色譜微型檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器，具體地說，涉及一種具有高靈敏度的色譜微型檢測器。
背景技術(shù)：
色譜微型檢測器是在一種常溫常壓下工作的檢測儀器。適用于常規(guī)氣相色譜儀、便攜式微型氣相色譜儀和手持式。
對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)環(huán)境不可缺少手段，例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達0.8～1.15ml/L時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实葼顟B(tài)，達1.84ml/L時則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險，因此對一氧化碳檢測必須快而準。在這方面氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。例如利用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器，通過顆粒超微細化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當燒結(jié)工藝進行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測0.005％～0.5％范圍的CO氣體。還有許多易爆可燃氣體、酒精氣體、汽車尾氣等有毒氣體的進行探測的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點，應(yīng)用極其廣泛。
半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減?。籔型阻值隨氣體濃度的增大而增大。SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，屬于N型半導(dǎo)體，在200～400℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體(如CO等)時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，可燃氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降?？扇夹詺怏w不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會自動恢復(fù)氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測可燃氣體的基本原理。
目前國產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流，測量回路電壓，靈敏度，響應(yīng)時間，恢復(fù)時間，標定氣體(0.1％丁烷氣體)中電壓，負載電阻值等。適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時間短，市場上應(yīng)用廣泛。如QM-N5氣敏元件參數(shù)如下標定氣體(0.1％丁烷氣體，最佳工作條件)中電壓≥2V，響應(yīng)時間≤10S，恢復(fù)時間≤30S，最佳工作條件加熱電壓5V、測量回路電壓10V、負載電阻RL為2K，允許工作條件加熱電壓4.5～5.5V、測量回路電壓5～15V、負載電阻0.5～2.2K。電壓表指針變化越大，靈敏度越高；只要加一簡單電路可實現(xiàn)報警。常見的氣敏元件還有MQ-31(專用于檢測CO)，QM-J1酒敏元件等。
但氣敏傳感器由于自身受環(huán)境溫度和濕度影響以及選擇性差，輸出噪聲大等致命弱點，而不能有效地應(yīng)用于定性與定量檢測與精確分析，這使得在通用性方面和對重現(xiàn)性要求較高的許多現(xiàn)代分析技術(shù)應(yīng)用場合都無法滿足近乎苛刻的指標要求，因而還沒有見到將氣敏傳感器應(yīng)用到色譜微型檢測器的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有的氣敏傳感器環(huán)境特性要求高、選擇性差，輸出噪聲大等缺陷，提供一種色譜微型檢測器，它以氣敏傳感器和相應(yīng)的檢測電路以及獨特的檢測器結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)建了一個新型的高靈敏度的色譜微型檢測器，它具有一體化、微型化、通用化和模塊化的優(yōu)點，有著優(yōu)異靈敏度和選擇特性及良好的S/N和穩(wěn)定性。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種色譜微型檢測器，包括微型檢測器主體、檢測電路和溫度控制系統(tǒng)，微型檢測器主體內(nèi)安裝有電加熱裝置，電加熱裝置通過溫度控制系統(tǒng)和檢測電路連接，所述微型檢測器主體通過接口與一個微型檢測室連接，所述檢測室為加工成池腔和孔道的金屬材料的微小型檢測室，檢測室設(shè)置有一個氣體導(dǎo)出孔，所述檢測室通過密封嵌入式連接接口連接一個氣敏傳感器，所述傳感器和檢測電路電連接，微型檢測器上設(shè)置有尾吹氣接口和色譜柱接口，通過尾吹氣接口連接氣敏傳感器表面吹掃部件，通過尾吹氣實現(xiàn)檢測室和氣敏傳感器的表面吹掃，通過色譜柱接口連接色譜柱。
本發(fā)明所述氣敏傳感器包括半導(dǎo)體氣敏傳感器和化學(xué)氣體傳感器，如電化學(xué)、催化燃燒等氣敏傳感器。
優(yōu)選地，本發(fā)明所述氣敏傳感器可以選擇SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器。
本發(fā)明所述氣敏傳感器嵌入檢測室的方式為一體化固定式嵌入式或獨立可拆卸活動嵌入式，所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器相對色譜柱垂直或水平放置安裝。由于經(jīng)柱分離后的組分在載氣壓力下直接有效傳導(dǎo)到SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的感應(yīng)面，色譜柱頭離SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的感應(yīng)面的距離越小越好，這樣組分傳遞到傳感器的感應(yīng)面的單位濃度會增加，將有利于提高檢測器檢測靈敏度與響應(yīng)速度。
本發(fā)明所述色譜柱為填充柱或毛細管柱。
本發(fā)明所述電加裝置為電加熱棒或電熱薄膜，電熱薄膜是半導(dǎo)體納米電熱膜、紅外線電加熱膜或柔性電加熱膜或能涂敷于骨架上的其它類型的電加熱薄膜，加熱溫度從室溫到400℃。SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的一個基本條件是在一定的溫度條件下產(chǎn)生吸附與脫付過程，不同的組分有不同的反應(yīng)溫度。寬的溫度范圍和高精度的控制有利于檢測器的提高選擇性和響應(yīng)靈敏度的改善。
本發(fā)明所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器為直熱式傳感器或旁熱式傳感器；直熱式傳感器為加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式傳感器以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器包括燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型，同時也包括摻雜金屬(特別是貴金屬，如Pt、Pd、Th等)、金屬陽離子(如銅離子、鐵離子等)、氧化物或形成復(fù)合氧化物、多組分氧化物表面修飾的SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。
本發(fā)明所述檢測電路包括SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器輸出電路的電源供電和信號采樣、信號調(diào)理電路，所述Sno2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器工作回路供電采用恒流方式。所述微型檢測器中的氣體傳感器的檢測輸出信號的提取與工作電壓通過檢測電路實現(xiàn)，本發(fā)明所述檢測電路包括電加熱供電電路，電加熱供電電路采用靜態(tài)恒流方式或動態(tài)4-6V方波脈沖激勵方式，脈沖占空比可以調(diào)節(jié)，信號頻率帶寬5Hz-500MHz。
本發(fā)明所述檢測電路包括信號取樣和信號調(diào)理電路，所述檢測器輸出信號范圍為0-10V DC。
本發(fā)明所述微型檢測器結(jié)構(gòu)體各部件均采用相同材質(zhì)的石英玻璃、高溫玻璃、陶瓷或不銹鋼材料中的任意一種。
本發(fā)明所述微型檢測器結(jié)構(gòu)體為長方體、正方體、圓柱體或三者的組合形體。
本發(fā)明微型檢測器以SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體敏感器作為檢測器的傳感器，檢測電路利用傳感器氣敏特性，以正常標準空氣環(huán)境下的電阻值與被測氣體電阻值變化比值產(chǎn)生輸出信號，檢測電路采用恒流供電方式，傳感器的加熱采用靜態(tài)或動態(tài)供電方式，并結(jié)合一體化的檢測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，組成一個完整的微型檢測器。
本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明所述氣相色譜微型檢測器的基本檢測原理是利用氣敏傳感器進行氣體檢測，如SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器，SnO2屬于N型半導(dǎo)體，含有氧空位或錫間隙離子，氣敏效應(yīng)明顯。其氣敏機理是表面吸附控制型機制，當有氣體吸附時，吸附分子首先在表面自由地擴散。其間一部分分子蒸發(fā)，一部分分子就固定在吸附處，即在潔凈的空氣(氧化性氣氛)中加熱到一定的溫度時對氧進行表面吸附，在材料的晶界處形成勢壘，該勢壘能束縛電子在電場作用下的漂移運動，使之不易穿過勢壘，從而引起材料電導(dǎo)降低；而在還原性被測氣氛中吸附被測氣體并與吸附氧交換位置或發(fā)生反應(yīng)，使晶界處的吸附氧脫附，致使表面勢壘降低，從而引起材料電導(dǎo)的增加，通過材料電導(dǎo)的變化來檢測氣體。對被檢測氣體通過氧化還原的原理，具體是被檢測的氣體分子吸附在SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的表面，在一定加熱溫度環(huán)境下產(chǎn)生化學(xué)解吸反應(yīng)特性，此時如果材料的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子將從材料奪取電子而變成負離子吸附；如果材料功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向材料釋放電子而成為正離子吸附。O2和NOx(氮類氧化物)傾向于負離子吸附，稱為氧化型氣體。H2、CO、碳氫化合物和酒類傾向于正離子吸附，稱為還原型氣體。氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，將使載流子減少，從而使材料的電阻率增大。還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，將使載流子增多，材料電阻率下降。根據(jù)這一特性，就可以從阻值變化的情況得知吸附氣體的種類和濃度。
以標準空氣電阻值與被測氣體電阻的比值，通過分壓電路，而獲得檢測信號。從而達到氣體檢測之目的。
本發(fā)明所述氣敏傳感器，物理外形尺寸直徑8mm、高10mm，如SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感對各種氣體的相對靈敏度不同，對于氣體的靈敏度和選擇性可以通過不同的燒結(jié)條件、添加增感劑、施加適當?shù)牟煌瑴囟群图訜峒钚盘枺梢哉{(diào)節(jié)改變傳感器各種氣體的相對靈敏度與選擇性。SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器對有機溶劑以及TVOC有較高的靈敏度和選擇性，它體積小、成本低廉、檢測電路簡單、并且有著長期的穩(wěn)定性和非常好的長達十年使用壽命。SnO2元件可在常溫下工作等特點。實際工作應(yīng)用中只使用單一類型氣源，這對于簡化檢測器結(jié)構(gòu)和儀器使用要求和工作條件，尤其是便攜式和現(xiàn)場分析儀器實際應(yīng)用將具有非常重用的意義與實用價值。
本發(fā)明所述靈敏度和選擇性通過對SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器施加適當?shù)臏囟群图訜峒钚盘枺梢哉{(diào)節(jié)改變傳感器各種氣體的相對靈敏度與選擇性。加熱激勵是5V頻率5Hz-500MHz的方波信號，提高了檢測靈敏度，以獲得高的測量精度和快速響應(yīng)時間。
本發(fā)明所述檢測器的檢測室是一個獨立分體結(jié)構(gòu)，檢測室內(nèi)部池體積為＜100μl的小型檢測室，檢測室設(shè)計成正方外形，內(nèi)切一個空心園柱形體，空心園柱體一側(cè)帶有SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的嵌入連接接口，SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器通過石墨壓墊和帶有外螺扣的空心圓環(huán)進行密封安裝。
本發(fā)明檢測器上設(shè)置了一個為了防止譜峰展寬而設(shè)計的氣體吹掃，即尾吹機構(gòu)，該機構(gòu)減小了被分離的氣體組分在傳感器表面的滯留時間。
本發(fā)明檢測器溫度控制系統(tǒng)，針對SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器在環(huán)境溫度與濕度的影響，往往產(chǎn)生重復(fù)性和穩(wěn)定性的問題，利用局部溫度恒定加熱方式實現(xiàn)SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器精確溫度控制，同時通過干燥氣體的吹掃和在SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器初始工作時短時間的脈沖實現(xiàn)加熱方式，減小環(huán)境溫度與濕度對SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感影響，溫度控制精度可以達到0.1℃、相對濕度1-2％，從而大大地提高了檢測器重復(fù)性和穩(wěn)定性的應(yīng)用指標。
本發(fā)明氣體排空系統(tǒng)采用在檢測室頂部位置設(shè)計一個3-5mm的氣體導(dǎo)出機構(gòu)，為避免環(huán)境微小氣流對導(dǎo)出孔產(chǎn)生的微小影響，采用螺旋金屬不銹鋼管引出，這對整體檢測器穩(wěn)定特性的改善十分有效。
本發(fā)明檢測器外部物理尺寸約為15mm～30mm×15mm～30mm×15mm～30mm(長×寬×高)是常規(guī)的氣相色譜檢測器的1/2-1/5，大大減小了檢測器的外部尺寸，達到微型化目的。
本發(fā)明檢測器檢測電路中，SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器工作電源5V.DC以恒流源方式供電，此方法有助于提高傳感器的S/N、改善檢測器的選擇性和穩(wěn)定性，達到比較精確的定性和定量的應(yīng)用目的。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器，極大地改善了檢測器的穩(wěn)定性，使得SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器構(gòu)成氣相色譜、便攜式氣相色譜和手持式檢測儀的微型檢測器，實現(xiàn)定性和定量分析成為可能。
本發(fā)明在通用分析儀器，尤其是在現(xiàn)代小型、現(xiàn)場儀器和便攜式分析儀器中具有相當廣泛的用途與應(yīng)用前景，具有顯著的經(jīng)濟與社會效益。


圖1為本發(fā)明所述色譜微型檢測器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、微型檢測器主體；2、電加熱棒；3、檢測室連接接口；4、檢測室；5、氣體導(dǎo)出孔；6、氣敏傳感器；7、尾吹氣接口；8、色譜柱接口；9、色譜柱。
圖2-1為本發(fā)明實施例2所述TVOC標樣FID檢測器檢測的氣相色譜圖。
圖2-2為本發(fā)明實施例2所述TVOC標樣由本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器檢測的氣相色譜圖。
圖3為本發(fā)明實施例2所述TVOC標樣由本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器在不同升溫條件下檢測的色譜圖。
圖4為由本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器檢測的TVOC重復(fù)樣品色譜圖。
圖5為本發(fā)明實施例3所述車間空氣由本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器檢測的TVOC色譜圖。
圖6為本發(fā)明實施例3所述利用本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器進行檢測的檢測框圖。
圖7為本發(fā)明所述檢測器基本檢測電路原理圖。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明所述色譜微型檢測器如圖1所示，本發(fā)明一種色譜微型檢測器，包括微型檢測器主體1、檢測電路和溫度控制系統(tǒng)，所述微型檢測器主體為正方體形，外部物理尺寸為長20mm、寬20mm、高20mm。微型檢測器主體內(nèi)安裝有電加熱裝置——電加熱棒2，電加熱裝置通過溫度控制系統(tǒng)和檢測電路連接，加熱溫度從室溫到400℃。所述微型檢測器通過連接接口3連接一個微型檢測室4，檢測室的體積為100μl，檢測室設(shè)置有一個3-5mm的氣體導(dǎo)出孔5，為避免環(huán)境微小氣流對導(dǎo)出孔產(chǎn)生的微小影響，采用螺旋金屬不銹鋼管引出，這對整體檢測器穩(wěn)定特性的改善十分有效。所述檢測室通過密封嵌入式連接接口連接一個SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器6，所述傳感器的尺寸為底面直徑8mm，高10mm。所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器嵌入檢測室的方式為一體化固定式嵌入式或獨立可拆卸活動嵌入式，所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器相對色譜柱垂直或水平放置安裝。所述傳感器和檢測電路電連接，微型檢測器上設(shè)置有尾吹氣接口7和色譜柱接口8，通過尾吹氣接口連接SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器表面吹掃部件，通過色譜柱接口連接色譜柱9，色譜柱可以為填充柱或毛細管柱。
所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器為直熱式傳感器或旁熱式傳感器；直熱式傳感器為加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式傳感器以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
所述檢測電路包括SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器輸出電路的電源供電和信號采樣、信號調(diào)理電路，所述Sno2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器工作回路供電采用恒流方式。
所述檢測電路包括電加熱供電電路，電加熱供電電路采用靜態(tài)恒流方式或動態(tài)4-6V方波脈沖激勵方式，脈沖占空比可以調(diào)節(jié)，信號頻率帶寬5Hz-500MHz。
所述檢測器輸出信號范圍為0-10V DC。
所述微型檢測器結(jié)構(gòu)體各部件均采用相同材質(zhì)的石英玻璃、高溫玻璃、陶瓷或不銹鋼材料中的任意一種。
本實施例的檢測電路原理圖如圖7所示。便攜式色譜結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。
選用色譜柱SE-30，18m×0.2mm×0.25μm，載氣高純N2；柱溫50℃-200℃，升溫速率18℃/min或50℃-200℃，升溫速率10℃/min；柱壓40kPa；進樣量1μl，分流比1∶10，進樣器溫度200℃；FID溫度280℃。
實施例2試驗例分析儀器及條件常規(guī)檢測器配置HP5890氣相色譜儀配FID檢測器；色譜柱SE-30，18m×0.2mm×0.25μm，載氣高純N2；柱溫50℃-200℃，升溫速率18℃/min或50℃-200℃，升溫速率10℃/min；柱壓40kPa；進樣量1μl，分流比1∶10，進樣器溫度200℃；FID溫度280℃。
分別用實施例l所述色譜微型檢測器和上述配制的檢測器檢測樣品。
檢測樣品為TVOC樣品苯(0.1015mg/ml)、甲苯(0.1041mg/ml)、乙酸丁酯(0.1089mg/ml)、乙苯(0.0962mg/ml)、對二甲苯(0.1027mg/ml)、苯乙烯(0.1018mg/ml)、鄰二甲苯(0.1034mg/ml)、十一烷(0.0966mg/ml)、混合溶于CS2，分別稀釋10倍、100倍和1000倍，制成四個濃度系列。
兩者色譜信號比較圖2-1為TVOC標樣由FID檢測器檢測的氣相色譜圖。圖2-2為TVOC標樣由本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器檢測的氣相色譜圖。
圖2-l和圖2-2顯示，苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯和十一烷各組分在實施例1所述色譜微型檢測器上均有響應(yīng)，各組分基本檢出未發(fā)生丟失現(xiàn)象，組分峰的定位和峰形特征無明顯變化，表現(xiàn)出良好的重現(xiàn)性和一致性。SnO2氣敏傳感器檢測的峰形拖尾與其檢測機理有關(guān)，SnO2層上進行的物理化學(xué)過程非瞬間可以完成，存在吸附-解吸過程，加之陶瓷表面多孔，進入孔內(nèi)的化合物擴散加劇了拖尾，為克服該缺點，實驗中外加一路尾吹氣吹掃傳感器表面，明顯改善了峰形。實施例1所述色譜微型檢測器作為便攜儀器已基本滿足要求。從本實驗所用的測試化合物信號數(shù)據(jù)看，實施例1所述色譜微型檢測器對烴類化合物的響應(yīng)基本一致，對乙酸丁酯的響應(yīng)也更接近烴類，不同于FID檢測器只對C元素響應(yīng)，具備通用性檢測器的特性。
實施例1所述色譜微型檢測器的重復(fù)性、線性范圍的考核圖3是實施例1所述色譜微型檢測器在不同程序升溫條件檢測的色譜圖，分別為升溫速率分別為10℃/min和升溫速率為18℃/min時的色譜圖。
圖4是連續(xù)3次分析TVOC樣品的重復(fù)性色譜圖，表1-表4為SnO2氣敏傳感器檢測色譜峰時保留時間和峰面積的重復(fù)性，以及線性范圍的有關(guān)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，8個化合物保留時間的RSD％在1.5-3.4之間，峰面積的RSD％在3.1-6.0之間，重復(fù)性良好。
實施例1所述色譜微型檢測器檢測TVOC色譜峰Rt重現(xiàn)性考核表1.柱溫50℃-200℃，升溫速率18℃/min條件下保留時間的重現(xiàn)性

表2.柱溫50℃-200℃，升溫速10℃/min條件下保留時間的重現(xiàn)性

本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器檢測TVOC色譜峰面積重現(xiàn)性考核表3.柱溫50℃-200℃，升溫速率18℃/min條件下3次測量峰面積重現(xiàn)性

表4.柱溫50℃-200℃，升溫速率10℃/min條件下3次測量峰面積重現(xiàn)性

檢測速度的初步討論與分析檢測速度分析是參照現(xiàn)行國家TVOC檢測標準，以十一烷的保留時間30分鐘作為基準完成一個TVOC樣品測定的過程進行比較，實驗中以2種柱溫升溫速率來考察。從圖3中看出在柱溫50℃-200℃，升溫速率10℃/min，以十一烷為基準12分鐘內(nèi)完成一個TVOC樣品測定，以柱溫50℃-200℃，升溫速率18℃/min以十一烷為基準9分鐘內(nèi)完成一個TVOC樣品測定，2種方法分別較現(xiàn)行國家標準十一烷為30min為參考縮短時間18分鐘和21分鐘，分析速度分別提高了30％和70％。
實施例3實際應(yīng)用例如圖5所示某車間空氣中TVOC以本發(fā)明實施例1所述色譜微型檢測器在便攜式色譜儀上的色譜圖。利用如圖6所示檢測框圖和如圖7所示檢測電路進行檢測，進樣空氣1毫升，獲得較高靈敏度，各組分都具有明顯的特征。測試表明裝配微型SnO2氣敏傳感器的檢測器的便攜式氣相色譜儀可應(yīng)用于現(xiàn)場測定。
SnO2氣敏傳感器作為微型色譜的檢測器用于TVOC分析，作為專用便攜色譜儀的檢測器，在線性范圍、檢測限和重復(fù)性等方面，完全可以滿足基本應(yīng)用的要求。
SnO2氣體檢測器只需單一氣體，專用、簡單、小體積和低成本的特點是儀器的微型化和現(xiàn)場檢測儀器所具有的基本應(yīng)用特征，本發(fā)明為SnO2氣敏傳感器作為微型色譜的檢測器應(yīng)用于快速TVOC分析提供了一種新的途徑。
權(quán)利要求
1.一種色譜微型檢測器，包括微型檢測器主體、檢測電路和溫度控制系統(tǒng)，微型檢測器主體內(nèi)安裝有電加熱裝置，電加熱裝置通過溫度控制系統(tǒng)和檢測電路連接，其特征在于所述微型檢測器主體通過接口連接有一個微型檢測室，所述檢測室為加工成池腔和孔道的金屬材料的微小型檢測室，檢測室設(shè)置有一個氣體導(dǎo)出孔，所述檢測室通過密封嵌入式連接接口連接一個氣敏傳感器，所述傳感器和檢測電路電連接，微型檢測器上設(shè)置有尾吹氣接口和色譜柱接口，通過尾吹氣接口連接氣敏傳感器表面吹掃部件，通過色譜柱接口連接色譜柱。
2.如權(quán)利要求1所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述氣敏傳感器為SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器嵌入檢測室的方式為一體化固定式嵌入式或獨立可拆卸活動嵌入式，所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器相對色譜柱垂直或水平放置安裝。
4.如權(quán)利要求3所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述色譜柱為填充柱或毛細管柱。
5.如權(quán)利要求4所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述電加熱裝置為電加熱棒或電熱薄膜，電熱薄膜是半導(dǎo)體納米電熱膜、紅外線電加熱膜或柔性電加熱膜或能涂敷于骨架上的其它類型的電加熱薄膜，加熱溫度從室溫到400℃。
6.如權(quán)利要求5所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器為直熱式傳感器或旁熱式傳感器；直熱式傳感器為加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式傳感器以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
7.如權(quán)利要求6所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述檢測電路包括SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器輸出電路的電源供電和信號采樣、信號調(diào)理電路，所述Sno2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器工作回路供電采用恒流方式。
8.如權(quán)利要求7所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述檢測電路包括電加熱供電電路，電加熱供電電路采用靜態(tài)恒流方式或動態(tài)4-6V方波脈沖激勵方式，脈沖占空比可以調(diào)節(jié)，信號頻率帶寬5Hz-500MHz。
9.如權(quán)利要求8所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述檢測器輸出信號范圍為0-10V DC。
10.如權(quán)利要求9所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述微型檢測器結(jié)構(gòu)體各部件均采用相同材質(zhì)的石英玻璃、高溫玻璃、陶瓷或不銹鋼材料中的任意一種。
11.如權(quán)利要求10所述的色譜微型檢測器，其特征在于所述微型檢測器結(jié)構(gòu)體為長方體、正方體、圓柱體或三者的組合形體，外部物理尺寸為長15mm～30mm、寬15mm～30mm、高15mm～30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種色譜微型檢測器，包括微型檢測器主體、檢測電路和溫度控制系統(tǒng)，微型檢測器內(nèi)安裝有電加熱裝置，電加熱裝置通過溫度控制系統(tǒng)和檢測電路連接，所述微型檢測器主體通過接口連接一個微型檢測室，檢測室設(shè)置有一個氣體導(dǎo)出孔，所述檢測室通過密封嵌入式連接接口連接一個氣敏傳感器，所述傳感器和檢測電路電連接，微型檢測器上設(shè)置有尾吹氣接口和色譜柱接口，通過尾吹氣接口連接氣敏傳感器表面吹掃部件，通過色譜柱接口連接色譜柱。它具有一體化、微型化、模塊化和通用性的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有著優(yōu)異靈敏度和選擇特性及良好的S/N和穩(wěn)定性等特點。
文檔編號H05B3/34GK1888890SQ20061009943
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者張西咸, 陳蓮 申請人:張西咸