一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法，所述傳感系統(tǒng)包括：進(jìn)樣池，所述進(jìn)樣池上部設(shè)有進(jìn)樣口；檢測(cè)池，所述檢測(cè)池包括樣品室、傳感器室以及隔離所述樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜；固定于所述傳感器室內(nèi)的質(zhì)量敏感型微傳感器；位于所述檢測(cè)池外、且與所述質(zhì)量敏感型微傳感器電連接的信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備；連接所述進(jìn)樣池和所述樣品室的管道；以及位于所述管道上的液體泵。通過(guò)本發(fā)明提供的一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中用于液體環(huán)境下VOCs的檢測(cè)設(shè)備體積過(guò)大、不便于現(xiàn)場(chǎng)分析的問(wèn)題；及便攜式質(zhì)量敏感型微傳感器用于液體環(huán)境下VOCs的檢測(cè)時(shí)，難于起振并且質(zhì)量靈敏度大幅下降的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及VOCs檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]V0Cs(Volatile Organic Compounds:揮發(fā)性有機(jī)化合物)是環(huán)境中常見(jiàn)的污染物，很多種類的VOCs具有一定的毒性和刺激性，在達(dá)到一定濃度時(shí)會(huì)對(duì)人類的身體健康產(chǎn)生巨大的影響，并被喻為人類的“隱形殺手”。
[0003]大部分針對(duì)VOCs的檢測(cè)是在空氣環(huán)境下進(jìn)行的，但是在一些情況下，我們需要對(duì)液體尤其是水中的VOCs進(jìn)行檢測(cè)。例如，食品安全領(lǐng)域需要檢測(cè)液體樣本中的有機(jī)氯、有機(jī)磷等農(nóng)藥殘留，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)需要監(jiān)測(cè)池塘中的有機(jī)氮等的濃度。
[0004]然而目前用于液體環(huán)境下VOCs的分析檢測(cè)方法常常采用氣相色譜(GC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)等大型分析儀器或者使用昂貴而復(fù)雜的檢測(cè)儀如光離子化檢測(cè)器(Photo 1nizat1n Detector，簡(jiǎn)稱PID)，上述檢測(cè)方法由于檢測(cè)設(shè)備體積較大，不便于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析以及大規(guī)模地展開(kāi)應(yīng)用。
[0005]質(zhì)量敏感型微傳感器是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型檢測(cè)技術(shù)，其工作原理為:通過(guò)在傳感器件表面固定敏感材料，當(dāng)檢測(cè)過(guò)程中有待測(cè)物分子被特異性吸附到這些敏感材料上時(shí)，會(huì)引起傳感器件的頻率變化，而這個(gè)頻率變化在傳感器量程內(nèi)一般是正比于待測(cè)物濃度的，因此事先標(biāo)定過(guò)的傳感器就可以通過(guò)頻率變化得到環(huán)境中目標(biāo)待測(cè)物的濃度。這類傳感器在氣體檢測(cè)上已經(jīng)獲得了諸多應(yīng)用，并展現(xiàn)了極高的分辨率和快速響應(yīng)的能力，尤其適合便攜式現(xiàn)場(chǎng)痕量物質(zhì)的檢測(cè)。然而當(dāng)待測(cè)物為液體時(shí)，該類傳感器的應(yīng)用卻面臨極大的困難。這是由于液體的阻尼遠(yuǎn)大于氣體，因而在液相環(huán)境下該類傳感器很難被激發(fā)諧振并且質(zhì)量靈敏度大幅下降。
[0006]鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種新的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中用于液體環(huán)境下VOCs的檢測(cè)設(shè)備體積過(guò)大、不便于現(xiàn)場(chǎng)分析的問(wèn)題;及便攜式質(zhì)量敏感型微傳感器用于液體環(huán)境下VOCs的檢測(cè)時(shí)，難于起振并且質(zhì)量靈敏度大幅下降的問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括:
[0009]進(jìn)樣池，所述進(jìn)樣池上部設(shè)有進(jìn)樣口；
[0010]檢測(cè)池，所述檢測(cè)池包括樣品室、傳感器室以及隔離所述樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜；
[0011 ]固定于所述傳感器室內(nèi)的質(zhì)量敏感型微傳感器；
[0012]位于所述檢測(cè)池外、且與所述質(zhì)量敏感型微傳感器電連接的信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備；
[0013]連接所述進(jìn)樣池和所述樣品室的管道；
[0014]以及位于所述管道上的液體栗。
[0015]優(yōu)選地，所述防水透氣薄膜為膨體聚四氟乙烯薄膜、聚氨酯薄膜、或熱塑性聚氨酯薄膜中的一種。
[0016]優(yōu)選地，所述質(zhì)量敏感型微傳感器位于所述傳感器室的垂直中心軸線上。
[0017]優(yōu)選地，所述傳感系統(tǒng)還包括與進(jìn)樣口配合的上蓋。
[0018]優(yōu)選地，所述進(jìn)樣池、檢測(cè)池、液體栗通過(guò)管路連接形成閉合回路。
[0019]優(yōu)選地，所述質(zhì)量敏感型微傳感器包括微懸臂梁傳感器、石英晶體微天平傳感器、或聲表面波傳感器中的一種。
[0020]優(yōu)選地，所述進(jìn)液池、檢測(cè)池、和管道為耐腐蝕材質(zhì)。
[0021]優(yōu)選地，所述耐腐蝕材質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0022]本發(fā)明還提供一種獲取標(biāo)定曲線的方法，所述獲取標(biāo)定曲線的方法包括:
[0023]步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0024]步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0025]步驟3)將已知濃度的VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0026]步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0027]步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到對(duì)應(yīng)濃度下的諧振頻率變化量；
[0028]步驟6)清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)，其中，步驟3)通過(guò)調(diào)整注入的VOCs溶液得到稀釋后濃度不同的VOCs溶液；
[0029]步驟7)重復(fù)步驟6)至少3次，得到多個(gè)不同濃度對(duì)應(yīng)的諧振頻率變化量，在濃度-諧振頻率變化量曲線中擬合，得到標(biāo)定曲線。
[0030]本發(fā)明還提供一種檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括:
[0031]步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0032]步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0033]步驟3)將待測(cè)VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0034]步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0035]步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到諧振頻率變化量；
[0036]步驟6)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，得到待測(cè)VOCs溶液的濃度。
[0037]優(yōu)選地，步驟5)和步驟6)之間還包括一步驟，所述步驟為清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)。
[0038]優(yōu)選地，所述步驟5)和步驟6)之間的步驟可重復(fù)進(jìn)行。
[0039]優(yōu)選地，所述步驟6)中的諧振頻率變化量為多次重復(fù)測(cè)得諧振頻率變化量的平均值。
[0040]如上所述，本發(fā)明的一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的傳感系統(tǒng)由便攜式質(zhì)量敏感型微傳感器構(gòu)成，體積小、質(zhì)量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)分析；并且通過(guò)利用防水透氣薄膜將裝有待測(cè)樣品的樣品室和放置有質(zhì)量敏感型微傳感器的傳感器室分隔開(kāi)，使待測(cè)VOCs溶液樣品無(wú)法接觸到質(zhì)量敏感型微傳感器，但其揮發(fā)的氣體分子可以透過(guò)防水透氣薄膜進(jìn)入傳感器室被質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)將質(zhì)量敏感型微傳感器用于VOCs溶液的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1顯示為本發(fā)明所述傳感系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2顯示為本發(fā)明所述傳感系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖3和圖4顯示為本發(fā)明所述傳感系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果示意圖。
[0044]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0045]I進(jìn)樣池
[0046]2檢測(cè)池
[0047]21樣品室
[0048]22傳感器室
[0049]23防水透氣薄膜
[0050]3VOCs氣體傳感器
[0051 ]4信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備
[0052]5管道
[0053]6液體栗
[0054]7待測(cè)液體
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0056]請(qǐng)參閱圖1至圖4。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0057]實(shí)施例一
[0058]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括:
[0059]進(jìn)樣池，所述進(jìn)樣池上部設(shè)有進(jìn)樣口；
[0060]檢測(cè)池，所述檢測(cè)池包括樣品室、傳感器室以及隔離所述樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜；
[0061 ]固定于所述傳感器室內(nèi)的質(zhì)量敏感型微傳感器；
[0062]位于所述檢測(cè)池外、且與所述質(zhì)量敏感型微傳感器電連接的信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備；
[0063]連接所述進(jìn)樣池和所述樣品室的管道；
[0064]以及位于所述管道上的液體栗。
[0065]需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，所述管道及液體栗位于所述進(jìn)樣池和檢測(cè)池之間，并且該系統(tǒng)為非閉合系統(tǒng)。
[0066]具體的，所述進(jìn)樣口不僅用于進(jìn)樣，也用于出樣；而且，所述進(jìn)樣口的大小可根據(jù)實(shí)際需求具體設(shè)定;優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述進(jìn)樣池為敞口設(shè)置，進(jìn)樣口為整個(gè)上蓋的大小。
[0067]具體的，所述傳感系統(tǒng)還包括與進(jìn)樣口配合的上蓋，以減少VOCs溶液的揮發(fā)。
[0068]具體的，所述樣品室用于放置待測(cè)VOCs溶液，所述傳感器室用于放置質(zhì)量敏感型微傳感器，所述防水透氣薄膜用于隔離所述樣品室和傳感器室，使得樣品室的待測(cè)VOCs溶液無(wú)法進(jìn)入到傳感器室，而待測(cè)VOCs溶液揮發(fā)的氣體分子卻可以經(jīng)過(guò)防水透氣薄膜，進(jìn)入到傳感器室，并被所述質(zhì)量敏感型微傳感器所檢測(cè)到，使所述質(zhì)量敏感型微傳感器無(wú)需與待測(cè)VOCs溶液接觸而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)VOCs溶液的檢測(cè)。
[0069]需要說(shuō)明的是，所述防水透氣薄膜為聚氨酯薄膜(PU:polyurethane)、膨體聚四氟乙稀薄膜(ePTFE: expanded polytetraf luoroethy Iene)、或熱塑性聚氨酯薄膜(TPU:Thermoplastic polyurethane)中的一種。
[0070]具體的，所述質(zhì)量敏感型微傳感器位于所述傳感器室的垂直中心軸線上。
[0071]需要說(shuō)明的是，將所述質(zhì)量敏感型微傳感器放置在所述傳感器室的垂直中心軸線上，并盡量接近所述防水透氣薄膜，使得待測(cè)VOCs溶液揮發(fā)的氣體分子能快速、大量地被質(zhì)量敏感型微傳感器所檢測(cè)到，進(jìn)一步提高質(zhì)量敏感型微傳感器的靈敏度。
[0072]需要說(shuō)明的是，所述質(zhì)量敏感型微傳感器包括微懸臂梁傳感器、石英晶體微天平傳感器、或聲表面波傳感器中的一種。
[0073]所述微懸臂梁傳感器作為氣體傳感器，通常在微懸臂梁的表面固定一層待測(cè)氣體敏感膜，在微懸臂梁吸附了待測(cè)氣體后，使得懸臂梁的質(zhì)量發(fā)生變化，從而引起了懸臂梁固有頻率的變化，通過(guò)檢測(cè)固有頻率的改變就可以測(cè)得氣體的濃度。
[0074]當(dāng)所述石英晶體吸附其它物質(zhì)時(shí)，其固有頻率會(huì)發(fā)生變化，利用石英晶體的這一特性，在石英晶體表面涂一層待測(cè)氣體敏感膜，待測(cè)氣體敏感膜吸附待測(cè)氣體后，晶振頻率會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量石英晶體微天平傳感器的晶振頻率變化以測(cè)到待測(cè)氣體的種類及濃度。
[0075]所述聲表面波傳感器在以壓電材料為襯底的表面區(qū)域淀積了針對(duì)特定氣體敏感的薄膜，此薄膜與被測(cè)氣體發(fā)生相互作用，導(dǎo)致界面膜的物理性質(zhì)發(fā)生變化，從而改變了聲表面波傳感器的速度或頻率，因此通過(guò)測(cè)量聲波的頻率偏移或相位延遲可以反演得到氣體的種類、濃度等待測(cè)量。
[0076]優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述質(zhì)量敏感型微傳感器為微懸臂梁傳感器。
[0077]具體的，由于所述待測(cè)VOCs溶液有的具有腐蝕性，有的不具有腐蝕性，故所述傳感系統(tǒng)中進(jìn)樣池、檢測(cè)池及管道的材質(zhì)根據(jù)實(shí)際待測(cè)VOCs溶液而定；如果待測(cè)VOCs溶液不具有腐蝕性，則進(jìn)樣池、檢測(cè)池及管道的材質(zhì)可選用不耐腐蝕的材質(zhì);如果待測(cè)VOCs溶液具有腐蝕性，則進(jìn)樣池、檢測(cè)池及管道的材質(zhì)選用耐腐蝕的材質(zhì)；也可不考慮待測(cè)VOCs溶液，直接選用耐腐蝕的材質(zhì)。
[0078]優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述進(jìn)液池、檢測(cè)池、和管道為耐腐蝕材質(zhì)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述耐腐蝕材質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0079]需要說(shuō)明的是，所述聚四氟乙稀(Polytetraf luoroethy lene: PTFE)具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高潤(rùn)滑、不沾附、無(wú)毒害、電絕緣性的特點(diǎn)。
[0080]實(shí)施例二
[0081]如圖2所示，本發(fā)明提供一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括:
[0082]進(jìn)樣池，所述進(jìn)樣池上部設(shè)有進(jìn)樣口；
[0083]檢測(cè)池，所述檢測(cè)池包括樣品室、傳感器室以及隔離所述樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜；
[0084]固定于所述傳感器室內(nèi)的質(zhì)量敏感型微傳感器；
[0085]位于所述檢測(cè)池外、且與所述質(zhì)量敏感型微傳感器電連接的信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備；
[0086]連接所述進(jìn)樣池和所述樣品室的管道；
[0087]以及位于所述管道上的液體栗。
[0088]需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，所述進(jìn)樣池、檢測(cè)池、液體栗通過(guò)管路連接形成閉合回路。
[0089]實(shí)施例三
[0090]本發(fā)明還提供一種獲取標(biāo)定曲線的方法，所述獲取標(biāo)定曲線的方法包括:
[0091]步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0092]步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0093]步驟3)將已知濃度的VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0094]步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0095]步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到對(duì)應(yīng)濃度下的諧振頻率變化量；
[0096]步驟6)清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)，其中，步驟3)通過(guò)調(diào)整注入的VOCs溶液得到稀釋后濃度不同的VOCs溶液；
[0097]步驟7)重復(fù)步驟6)至少3次，得到多個(gè)不同濃度對(duì)應(yīng)的諧振頻率變化量，在濃度-諧振頻率變化量曲線中擬合，得到標(biāo)定曲線。
[0098]需要說(shuō)明的是，進(jìn)行步驟6)時(shí)，當(dāng)向進(jìn)樣池注入純凈的水時(shí)，所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率緩慢上升并最終回到基線的位置或接近基線的位置。
[0099]需要說(shuō)明的是，步驟6)重復(fù)的次數(shù)越多，即得到越多不同濃度對(duì)應(yīng)的諧振頻率變化量，在濃度-諧振頻率變化量曲線中進(jìn)行擬合時(shí)，擬合得到的標(biāo)定曲線越準(zhǔn)確。
[0100]實(shí)施例四
[0101]本發(fā)明還提供一種檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括:
[0102]步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0103]步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0104]步驟3)將待測(cè)VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0105]步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0106]步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到諧振頻率變化量；
[0107]步驟6)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，得到待測(cè)VOCs溶液的濃度。
[0108]需要說(shuō)明的是，進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，得到稀釋后VOCs溶液的濃度，再通過(guò)濃度與體積的關(guān)系計(jì)算得到待測(cè)VOCs溶液的濃度。優(yōu)選地，在標(biāo)定曲線中，標(biāo)定曲線中的濃度為稀釋后的VOCs濃度，該濃度與已知濃度的VOCs溶液相對(duì)應(yīng);在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)步驟I)中注入純凈的水的量與測(cè)量標(biāo)定曲線時(shí)注入水的量相同，此時(shí)待測(cè)VOCs溶液的濃度等于已知濃度。
[0109]具體的，步驟5)和步驟6)之間還包括一步驟，所述步驟為清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)。
[0110]具體的，所述步驟5)和步驟6)之間的步驟可重復(fù)進(jìn)行。
[0111]具體的，所述步驟6)中的諧振頻率變化量為多次重復(fù)測(cè)得諧振頻率變化量的平均值。
[0112]優(yōu)選地，當(dāng)質(zhì)量敏感型微傳感器為以修飾了羧基(一C00H)功能化介孔納米顆粒敏感材料的微懸臂梁傳感器時(shí)，用其對(duì)未知濃度的苯胺溶液進(jìn)行檢測(cè)。
[0113]所述檢測(cè)方法包括:
[0114]步驟I)將20mL純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0115]步驟2)使用以修飾了羧基(一C00H)功能化介孔納米顆粒敏感材料的微懸臂梁傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0116]步驟3)將待測(cè)苯胺溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的苯胺溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的苯胺溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的苯胺氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0117]步驟4)所述微懸臂梁傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的苯胺氣體分子，此時(shí)所述微懸臂梁傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0118]步驟5)直到所述微懸臂梁傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到諧振頻率變化量；
[0119]步驟6)清除傳感系統(tǒng)中的苯胺溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)3次，諧振頻率變化量取平均值，由此得到苯胺溶液與諧振頻率變化量之間關(guān)系。
[0120]步驟7)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，即可得到待測(cè)苯胺溶液的濃度。
[0121]需要說(shuō)明的是，以修飾了羧基(一C00H)功能化介孔納米顆粒敏感材料的微懸臂梁傳感器對(duì)未知濃度的苯胺溶液進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)上述方法，測(cè)得的苯胺溶液的濃度為2mg/mL，對(duì)苯胺溶液的重復(fù)測(cè)試結(jié)果如圖3所示。
[0122]優(yōu)選地，質(zhì)量敏感型微傳感器為以修飾了胺基(-NH2)功能化介孔薄膜敏感材料的微懸臂梁傳感器，用于對(duì)未知濃度的乙酸溶液進(jìn)行檢測(cè)。
[0123]所述檢測(cè)方法包括:
[0124]步驟I)將20mL純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)；
[0125]步驟2)用微懸臂梁傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0126]步驟3)將待測(cè)乙酸溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的乙酸溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的乙酸溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的乙酸氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中；
[0127]步驟4)所述微懸臂梁傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的乙酸氣體分子，此時(shí)微懸臂梁傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示；
[0128]步驟5)直到所述微懸臂梁傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到諧振頻率變化量；
[0129]步驟6)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，得到待測(cè)乙酸溶液的濃度。
[0130]步驟7)通過(guò)上述步驟I?步驟6)的方法再對(duì)另一濃度的乙酸溶液進(jìn)行測(cè)量，得到另一乙酸溶液的濃度。
[0131]需要說(shuō)明的是，以修飾了胺基(一NH2)功能化介孔薄膜敏感材料的微懸臂梁傳感器對(duì)未知濃度的乙酸溶液進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)上述方法，先后測(cè)得的乙酸溶液的濃度為2mg/mL、及4mg/mL，對(duì)乙酸溶液的測(cè)試結(jié)果如圖4所示。
[0132]綜上所述，本發(fā)明的一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)及檢測(cè)方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的傳感系統(tǒng)由便攜式質(zhì)量敏感型微傳感器構(gòu)成，體積小、質(zhì)量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)分析；并且通過(guò)利用防水透氣薄膜將裝有待測(cè)樣品的樣品室和放置有質(zhì)量敏感型微傳感器的傳感器室分隔開(kāi)，使待測(cè)VOCs溶液樣品無(wú)法接觸到質(zhì)量敏感型微傳感器，但其揮發(fā)的氣體分子可以透過(guò)防水透氣薄膜進(jìn)入傳感器室被質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)將質(zhì)量敏感型微傳感器用于VOCs溶液的檢測(cè)。
[0133]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)包括: 進(jìn)樣池，所述進(jìn)樣池上部設(shè)有進(jìn)樣口 ； 檢測(cè)池，所述檢測(cè)池包括樣品室、傳感器室以及隔離所述樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜； 固定于所述傳感器室內(nèi)的質(zhì)量敏感型微傳感器； 位于所述檢測(cè)池外、且與所述質(zhì)量敏感型微傳感器電連接的信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備; 連接所述進(jìn)樣池和所述樣品室的管道； 以及位于所述管道上的液體栗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述防水透氣薄膜為膨體聚四氟乙烯薄膜、聚氨酯薄膜、或熱塑性聚氨酯薄膜中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)量敏感型微傳感器位于所述傳感器室的垂直中心軸線上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)還包括與進(jìn)樣口配合的上蓋。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)樣池、檢測(cè)池、液體栗通過(guò)管路連接形成閉合回路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)量敏感型微傳感器包括微懸臂梁傳感器、石英晶體微天平傳感器、或聲表面波傳感器中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)液池、檢測(cè)池、和管道為耐腐蝕材質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于VOCs檢測(cè)的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述耐腐蝕材質(zhì)為聚四氟乙烯。9.一種獲取標(biāo)定曲線的方法，其特征在于，所述獲取標(biāo)定曲線的方法包括: 步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)； 步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示； 步驟3)將已知濃度的VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中； 步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示； 步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到對(duì)應(yīng)濃度下的諧振頻率變化量； 步驟6)清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)，其中，步驟3)通過(guò)調(diào)整注入的VOCs溶液得到稀釋后濃度不同的VOCs溶液； 步驟7)重復(fù)步驟6)至少3次，得到多個(gè)不同濃度對(duì)應(yīng)的諧振頻率變化量，在濃度-諧振頻率變化量曲線中擬合，得到標(biāo)定曲線。10.一種檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括: 步驟I)將已知量的純凈的水注入到進(jìn)樣池，并開(kāi)啟液體栗將進(jìn)樣池內(nèi)的水通過(guò)管道栗入到樣品室內(nèi)； 步驟2)用質(zhì)量敏感型微傳感器記錄輸出信號(hào)作為基線，通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示； 步驟3)將待測(cè)VOCs溶液注入到所述進(jìn)樣池中，得到稀釋后的VOCs溶液，并通過(guò)液體栗將稀釋后的VOCs溶液通過(guò)管道栗入所述樣品室內(nèi)，揮發(fā)的VOCs氣體分子經(jīng)過(guò)用于隔離樣品室和傳感器室的防水透氣薄膜進(jìn)入到傳感器室中； 步驟4)質(zhì)量敏感型微傳感器檢測(cè)到揮發(fā)的VOCs氣體分子，此時(shí)質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率開(kāi)始下降，并通過(guò)信號(hào)處理電路及顯示設(shè)備進(jìn)行處理后顯示； 步驟5)直到所述質(zhì)量敏感型微傳感器的諧振頻率不再下降時(shí)，計(jì)算此時(shí)諧振頻率與基線頻率之差，得到諧振頻率變化量； 步驟6)將諧振頻率變化量與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，得到待測(cè)VOCs溶液的濃度。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟5)和步驟6)之間還包括一步驟，所述步驟為清除傳感系統(tǒng)中的VOCs溶液，重復(fù)上述步驟I)?步驟5)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5)和步驟6)之間的步驟可重復(fù)進(jìn)行。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟6)中的諧振頻率變化量為多次重復(fù)測(cè)得諧振頻率變化量的平均值。
【文檔編號(hào)】G01N5/02GK105910946SQ201610486631
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】于海濤, 徐善軒, 許鵬程, 李昕欣
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所