專利名稱：Qcm氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置能簡單快速地檢測(cè)出環(huán)境大氣中的不同氣體物質(zhì)的濃度。
背景技術(shù)：
石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)的發(fā)展始于二十世紀(jì)60年代初期，它是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測(cè)器，其測(cè)量精度可達(dá)到納克級(jí)，比靈敏度在微克級(jí)的電子微天平高100倍，理論上可以測(cè)到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)等其它輔助設(shè)備可獲得高精度的數(shù)據(jù)，因而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域中，用以進(jìn)行氣體、液體等成分分析以及微質(zhì)量的測(cè)量，尤其是能夠靈敏、快速地監(jiān)測(cè)氣體分子。目前QCM傳感檢測(cè)方法的研究主要集中在氣相和液相穩(wěn)定檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方面，這些裝置方法往往由于操作復(fù)雜、耗時(shí)長、精度低、使用條件苛刻等因素限制了其實(shí)際應(yīng)用，因而本實(shí)用新型提出了一種設(shè)備簡易、操作方便的QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，可通過靜態(tài)平衡吸附法靈敏、準(zhǔn)確地檢測(cè)出氣體的濃度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置設(shè)備簡易、操作方便，能在數(shù)分鐘內(nèi)準(zhǔn)確地檢測(cè)出氣體的濃度。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置包括帶閥門的進(jìn)氣管和出氣管，氮?dú)饨?jīng)過干燥器進(jìn)入一個(gè)由超級(jí)恒溫器控溫的密閉檢測(cè)瓶內(nèi)，充滿后由出氣管排出，檢測(cè)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣管和出氣管；檢測(cè)瓶瓶口用橡膠塞密封，橡膠塞上安裝一個(gè)內(nèi)置硅橡膠的不銹鋼噴管，用微量進(jìn)樣器的針頭穿過硅橡膠可向檢測(cè)瓶內(nèi)進(jìn)樣；由一個(gè)小型直流電源驅(qū)動(dòng)的小風(fēng)扇通過導(dǎo)線穿過橡膠塞，懸置于檢測(cè)瓶底部；QCM傳感器通過導(dǎo)線穿過橡膠塞懸置于檢測(cè)瓶中部，并與TTL振蕩器相連，TTL振蕩器由直流電源驅(qū)動(dòng)，并與頻率計(jì)數(shù)器相連接，構(gòu)成一個(gè)完整的傳感檢測(cè)回路。所述干燥器內(nèi)放置的干燥劑為無水CaCl2。所述小風(fēng)扇的材質(zhì)是聚酯塑料，且驅(qū)動(dòng)小風(fēng)扇的小型直流電源的輸出電壓為1 6V，驅(qū)動(dòng)TTL振蕩器的直流電源的輸出電壓是2 12V。而且，橡膠塞與檢測(cè)瓶、進(jìn)氣管和出氣管與橡膠塞都是緊密相連的，以此保證檢測(cè)瓶的整體密閉性良好。所述QCM傳感器為AT切雙面被銀或被金的壓電石英晶體，QCM傳感器上可涂敷不同的敏感涂膜材料，以選擇性地吸附不同氣體分子。該裝置通過靜態(tài)平衡吸附法可方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)出不同氣體的濃度。整個(gè)裝置由以上幾個(gè)部件組裝而成，易拆除更換，便于攜帶。其特征是靜態(tài)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)、AT切雙面被銀或被金QCM傳感器的應(yīng)用。其主要工作原理是氣體分子能夠選擇性地吸附在相應(yīng)的敏感涂膜材料上，產(chǎn)生的細(xì)微小質(zhì)量變化會(huì)使傳感器的諧振頻率發(fā)生變化，以頻率變化值來計(jì)算所測(cè)氣樣中目標(biāo)氣體的濃度。在裝置的設(shè)計(jì)上，氮?dú)庥蛇M(jìn)氣管進(jìn)入檢測(cè)室，待測(cè)氣樣由微量進(jìn)樣器注入。氮?dú)饪梢允刮皆诿舾型磕げ牧仙系臍怏w脫附，使傳感器諧振頻率恢復(fù)到初值。整個(gè)過程可以在幾分鐘內(nèi)完成，隨后就能用于下一次的檢測(cè)，所以該裝置能有效地縮短檢測(cè)時(shí)間和簡化操作過程。本實(shí)用新型的有益效果是，可以準(zhǔn)確、快速地測(cè)定氣體的濃度，且裝置結(jié)構(gòu)簡單，檢測(cè)過程省時(shí)省力，非常方便。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。附

圖1是QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置的示意圖。其中1.進(jìn)氣管，2.出氣管，3.干燥器，4.超級(jí)恒溫器，5.檢測(cè)室，6.小風(fēng)扇，
7.QCM傳感器，8.橡膠塞，9.硅橡膠，10.不銹鋼噴管，11.微量進(jìn)樣器，12.針頭，13.小型直流電源，14. TTL振蕩器，15.直流電源，16.頻率計(jì)數(shù)器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，氮?dú)饨?jīng)過干燥器3后進(jìn)入一個(gè)由超級(jí)恒溫器4控溫的密閉檢測(cè)瓶5內(nèi)，一個(gè)小型直流電源13 (輸出電壓為3V)驅(qū)動(dòng)的小風(fēng)扇6懸置于檢測(cè)瓶5底部,檢測(cè)瓶5瓶口用橡膠塞8密封，橡膠塞8上安裝一個(gè)不銹鋼噴管10，噴管內(nèi)放置硅橡膠9供微量進(jìn)樣器11進(jìn)樣用，AT切雙面被銀QCM傳感器7由密閉檢測(cè)瓶5引出，與由直流電源15 (輸出電壓為5V)驅(qū)動(dòng)的TTL振蕩器14相連，TTL振蕩器14再與頻率計(jì)數(shù)器16相連接，構(gòu)成一個(gè)完整的傳感檢測(cè)回路。具體檢測(cè)的操作過程如下1.首先打開電源，使TTL振蕩器14起振，此時(shí)頻率計(jì)數(shù)器16會(huì)顯示出振蕩的頻率，然后打開氮?dú)膺M(jìn)氣管I和出氣管2，待頻率顯示穩(wěn)定后關(guān)閉進(jìn)氣管I和出氣管2，記錄下初始頻率值F1 ；2.通過微量進(jìn)樣器11向檢測(cè)瓶5內(nèi)快速注入氣樣，待頻率穩(wěn)定后記錄下頻率值
F2;3.每個(gè)氣樣的頻率響應(yīng)值(AF)可由下式得出A F=F1-F2，把A F代入到相應(yīng)的工作曲線方程中，即可計(jì)算出氣樣中氣體的濃度值；4.檢測(cè)完畢后打開氮?dú)膺M(jìn)氣管I和出氣管2，使頻率計(jì)數(shù)器16顯示頻率恢復(fù)到初始頻率值F1，然后關(guān)閉所有氣路，以備下次檢測(cè)用。本實(shí)用新型可以應(yīng)用于環(huán)境大氣中氣體的靜態(tài)分析檢測(cè)。所使用的QCM傳感器具有靈敏響應(yīng)特性，能及時(shí)反映出被檢測(cè)氣體的濃度。只要將氣樣注入密閉檢測(cè)瓶，就可以達(dá)到快速、準(zhǔn)確檢測(cè)的目的。
權(quán)利要求1.一種QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置包括帶閥門的進(jìn)氣管(I)和出氣管(2)，氮?dú)饨?jīng)過干燥器(3 )進(jìn)入一個(gè)由超級(jí)恒溫器(4)控溫的密閉檢測(cè)瓶(5 )內(nèi)，充滿后由出氣管(2 )排出，檢測(cè)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣管(I)和出氣管(2);檢測(cè)瓶(5)瓶口用橡膠塞(8)密封，橡膠塞(8)上安裝一個(gè)內(nèi)置硅橡膠(9)的不銹鋼噴管(10)，用微量進(jìn)樣器(11)的針頭(12)穿過硅橡膠(9)可向檢測(cè)瓶(5)內(nèi)進(jìn)樣；由一個(gè)小型直流電源(13)驅(qū)動(dòng)的小風(fēng)扇(6)通過導(dǎo)線穿過橡膠塞(8 )，懸置于檢測(cè)瓶(5 )底部；QCM傳感器(7 )通過導(dǎo)線穿過橡膠塞(8 )懸置于檢測(cè)瓶(5 )中部，并與TTL振蕩器(14)相連，TTL振蕩器(14)由直流電源(15)驅(qū)動(dòng)，并與頻率計(jì)數(shù)器(16)相連接，構(gòu)成一個(gè)完整的傳感檢測(cè)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是干燥器(3)內(nèi)放置的干燥劑為無水CaCl2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是小風(fēng)扇(6)的材質(zhì)是聚酯塑料，且驅(qū)動(dòng)小風(fēng)扇(6)的小型直流電源(13)的輸出電壓為1 6V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是驅(qū)動(dòng)TTL振蕩器(14)的直流電源(15)的輸出電壓是2 12V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是所述QCM傳感器(7)為AT切雙面被銀或被金的壓電石英晶體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種QCM氣相靜態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置包括帶閥門的進(jìn)氣管(1)和出氣管(2)，氮?dú)饨?jīng)過干燥器(3)進(jìn)入一個(gè)由超級(jí)恒溫器(4)控溫的密閉檢測(cè)瓶(5)內(nèi)，充滿后由出氣管(2)排出，檢測(cè)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣管(1)和出氣管(2)；檢測(cè)瓶(5)瓶口用橡膠塞(8)密封，橡膠塞(8)上安裝一個(gè)內(nèi)置硅橡膠(9)的不銹鋼噴管(10)，用微量進(jìn)樣器(11)的針頭(12)穿過硅橡膠(9)可向檢測(cè)瓶(5)內(nèi)進(jìn)樣；由一個(gè)小型直流電源(13)驅(qū)動(dòng)的小風(fēng)扇(6)通過導(dǎo)線穿過橡膠塞(8)，懸置于檢測(cè)瓶(5)底部；QCM傳感器(7)通過導(dǎo)線穿過橡膠塞(8)懸置于檢測(cè)瓶(5)中部，并與TTL振蕩器(14)相連，TTL振蕩器(14)由直流電源(15)驅(qū)動(dòng)，并與頻率計(jì)數(shù)器(16)相連接，構(gòu)成一個(gè)完整的傳感檢測(cè)回路。其中，QCM傳感器(7)上可涂敷不同的敏感涂膜材料，以選擇性地吸附不同氣體。該裝置通過靜態(tài)平衡吸附法可方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)出不同氣體的濃度。
文檔編號(hào)G01N5/02GK202903634SQ201220548858
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者曹忠, 周婷, 龍姝, 何婧琳, 王君霞, 曾利紅 申請(qǐng)人:長沙理工大學(xué)