專利名稱：色敏氣體傳感器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種傳感器陣列的制作方法，特指一種色敏氣體傳感器陣列的制作方法。
背景技術(shù)：
人工嗅覺是模擬人的嗅覺對(duì)揮發(fā)氣體成分進(jìn)行定性和定量分析的一種技術(shù)。隨著人工嗅覺技術(shù)的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了不同類型的氣體傳感器，如導(dǎo)電型傳感器、壓電類傳感器、場效應(yīng)傳感器等，近年來，人工嗅覺技術(shù)在食品工業(yè)、精細(xì)化工、醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、公安與海關(guān)、航天等方面得到了廣泛的應(yīng)用研究。但目前常見的氣體傳感器多數(shù)是基于物理吸附作用來探測氣體分子，由于物理吸附作用力比較弱的分子間作用力，主要是范德華力，這使得現(xiàn)有傳感器存在靈敏度低，檢測范圍窄、容易受環(huán)境濕度的影響等缺陷。從而，限制了人工嗅覺技術(shù)的應(yīng)用范圍。
2000年，美國伊利諾伊大學(xué)厄本那—香檳分校的Kenneth S.Suslick教授發(fā)現(xiàn)一些化學(xué)物質(zhì)如金屬卟啉、pH指示劑等遇到氣味分子會(huì)發(fā)生顏色變化，因此可以將這些化學(xué)物質(zhì)制成傳感器來檢測氣味，這類傳感器稱為色敏氣體傳感器。色敏氣體傳感器具有分子識(shí)別性質(zhì)，可以區(qū)分相似化學(xué)物質(zhì)，甚至是化學(xué)性質(zhì)極其相似的同分異構(gòu)體，并且對(duì)環(huán)境的溫濕度不敏感等優(yōu)點(diǎn)，是一類極具發(fā)展前途的新型氣體傳感器。相關(guān)美國專利“Colorimetric artificialnose having an array of dyes and method for artificial olfaction(20030166298)”，該專利中所提的色敏氣體傳感器有使用壽命短、不同批次之間重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種色敏氣體傳感器陣列的制作方法，使所制作的色敏氣體傳感器不但檢測精度高、檢測范圍寬，而且使用壽命長、不同批次間一致性高。
本發(fā)明所述的色敏氣體傳感器陣列制作方法如下(1).氣體色敏材料的選擇選用對(duì)氣體有顏色變化的疏水性卟啉類化合物和酸堿指示劑作為氣體色敏材料。
(2).溶劑的選擇針對(duì)1中所選擇的每種氣體色敏材料選擇相應(yīng)的有機(jī)溶劑，將氣體色敏材料以0.1～0.5mol/L的濃度溶解在有機(jī)溶劑中。
(3).傳感器基地材料的選擇與制作①選擇白色聚四氟乙烯材料(3mm厚度≥1mm)，并將其加工成正方形方塊(3～5cm2)；②在每個(gè)正方形方塊上用激光雕刻刀整齊的雕刻邊長為0.2～0.5mm正方形(或直徑為0.2～0.5mm圓形)、深度為0.01～0.02mm的標(biāo)記；③在每個(gè)標(biāo)記處覆以一層0.01～0.02mm厚的疏水性白色穩(wěn)定劑。
(4).陣列制作通過微量取樣裝置取0.1uL～10uL氣體色敏材料溶液固定到基底板標(biāo)記處的穩(wěn)定劑上，一個(gè)標(biāo)記處固定一種氣體色敏材料溶液，然后將有機(jī)溶劑干燥后得到色敏氣體傳感器陣列。
該氣體傳感器陣列有以下特點(diǎn)(1)所研制的色敏氣體傳感器陣列中的氣敏材料具有顯著的分子識(shí)別能力和顯色功能。
(2)色敏氣體傳感器陣列中的化合物劑具有疏水的性質(zhì)以及基底也是疏水性的，為整個(gè)氣體可視化傳感器陣列提供了一個(gè)疏水環(huán)境，避免了環(huán)境中的濕度變化對(duì)傳感器的影響。
(3)通過精心制作的基地板使得色敏氣體傳感器一致性大大提高，使用壽命也得到了延長。
(4)色敏氣體傳感器陣列通過多個(gè)功能各異的色敏氣體傳感器排列組合，提高了檢測精度，極大地拓展了嗅覺可視化的應(yīng)用范圍。


圖1所研制的色敏氣體傳感器陣列；圖2所研制的色敏氣體傳感器陣列與氨氣反應(yīng)的實(shí)例圖；圖3所研制的色敏氣體傳感器陣列區(qū)分6種醇類物質(zhì)的主成分分析圖。
其中1-基地板，2-色敏氣體傳感器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的色敏氣體傳感器陣列制作方法做更詳細(xì)的描述(1)氣體色敏材料的選擇選用那些對(duì)氣體有顏色變化的疏水性卟啉類化合物和酸堿指示劑作為傳感器材料。經(jīng)多次試驗(yàn)，最后選擇了原卟啉、鋅卟啉、鐵卟啉、錫卟啉、銅卟啉等卟啉類化合物和甲基紅、甲基藍(lán)等疏水性酸堿指示劑。
(2)溶劑的選擇選擇對(duì)氯甲苯作為卟啉類化合物的溶劑，而酒精作為疏水性酸堿指示劑的溶劑，將他們分別以1mol/L的濃度溶解在溶劑中形成各自的溶液。
(3)傳感器基地材料的選擇與制作①選擇食品級(jí)的白色聚四氟乙烯作為基地板1，首先將聚四氟乙烯加工成正方形方塊(3cm×3cm×2mm)；②在正方形方塊上用激光雕刻刀整齊的雕刻邊長為直徑為0.5mm、深度為0.02mm的圓形標(biāo)記；③在每個(gè)圓形標(biāo)記上覆以一層0.02mm厚的疏水性C2硅膠。
(4)陣列制作用10uL的微量取樣器取5uL步驟2中配置的溶液滴到基底板1標(biāo)記處的C2硅膠上，一個(gè)標(biāo)記處滴一種溶液，然后將有機(jī)溶劑干燥后，每個(gè)標(biāo)記處就得到一種色敏氣體傳感器2，整個(gè)基底板1上的所有標(biāo)記處的色敏傳感器2組合起來就形成色敏氣體傳感器陣列。
圖2為本發(fā)明所研制的色敏氣體傳感器陣列與氨氣反應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，圖2(a)為色敏氣體傳感器陣列與氨氣反應(yīng)前的圖像，圖2(b)為色敏氣體傳感器陣列與氨氣反應(yīng)后的圖像，圖2(c)為色敏氣體傳感器陣列還原后的圖像，從圖2中可以看出，色敏氣體傳感器陣列中每種傳感器與氨氣反應(yīng)的激烈強(qiáng)度不一，圖中用方框框出的色敏氣體傳感器為反應(yīng)劇烈，直接可以通過人眼睛就可以看到變化的傳感器。整個(gè)傳感器陣列的顏色變化可以看作是氨氣在該傳感器陣列上表現(xiàn)的指紋數(shù)據(jù)，這非常有利于識(shí)別復(fù)雜有機(jī)氣體。
圖3為本發(fā)明所研制的色敏氣體傳感器陣列識(shí)別6種醇類物質(zhì)的主成分分析圖。所區(qū)分的6種醇是甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇。從圖3中可以看出，所有樣本大致被分為三個(gè)區(qū)域，即左下為一元醇(甲醇)，中上為二、三元醇(乙醇、異丙醇)，右下四元醇(正丁醇、異丁醇、仲丁醇)。乙醇和乙丙醇之間表現(xiàn)了一定的相似性，但是兩組樣本仍然可以被明顯的區(qū)分開。正丁醇、異丁醇和仲丁醇是同分異構(gòu)體，在分子量相同并且化學(xué)性質(zhì)上具有一定的相似性，如果僅僅依靠簡單的物理吸附原理，很難將這三種醇區(qū)分開，而可視化傳感器卻能將這三種醇明顯的區(qū)分開，造成這一現(xiàn)象的原因是由于氣體可視化傳感器陣列上的可視化傳感氣敏材料具有分子識(shí)別的性質(zhì)，尤其是卟啉和金屬卟啉能夠?qū)Ψ肿哟笮?、形狀、功能團(tuán)和手性異構(gòu)體進(jìn)行識(shí)別。
權(quán)利要求
1.色敏氣體傳感器陣列的制作方法，其特征是(1)氣體色敏材料的選擇選用對(duì)氣體有顏色變化的疏水性卟啉類化合物和酸堿指示劑作為氣體色敏材料；(2)溶劑的選擇針對(duì)1中所選擇的每種氣體色敏材料選擇相應(yīng)的有機(jī)溶劑，將氣體色敏材料以0.1～0.5mol/L的濃度溶解在有機(jī)溶劑中(3)傳感器基地材料的選擇與制作①選擇白色聚四氟乙烯材料，并將其加工成正方形方塊；②在每個(gè)正方形方塊上用激光雕刻刀整齊的雕刻邊長為0.2～0.5mm正方形或直徑為0.2～0.5mm圓形、深度為0.01～0.02mm的標(biāo)記；③在每個(gè)標(biāo)記處覆以一層0.01～0.02mm厚的疏水性白色穩(wěn)定劑；(4)陣列制作通過微量取樣裝置取0.1uL～10uL氣體色敏材料溶液固定到基底板標(biāo)記處的穩(wěn)定劑上，一個(gè)標(biāo)記處固定一種氣體色敏材料溶液，然后將有機(jī)溶劑干燥后得到色敏氣體傳感器陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色敏氣體傳感器陣列的制作方法，其特征是所述的白色聚四氟乙烯材料厚度1mm～3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色敏氣體傳感器陣列的制作方法，其特征是加工成正方形方塊為3～5cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種傳感器陣列的制作方法，其首先選用對(duì)氣體有顏色變化的疏水性卟啉類化合物和酸堿指示劑作為氣體色敏材料。選擇相應(yīng)的有機(jī)溶劑，將氣體色敏材料以0.1～0.5mol/l的濃度溶解在有機(jī)溶劑中。選擇白色聚四氟乙烯材料作為傳感器基地材料，并將其加工成正方形方塊；并在每個(gè)正方形方塊上用激光雕刻刀整齊的雕刻一定尺寸的標(biāo)記；再在每個(gè)標(biāo)記處覆以一層0.01～0.02mm厚的疏水性白色穩(wěn)定劑。通過微量取樣裝置取0.1ul～10ul氣體色敏材料溶液固定到基底板標(biāo)記處的穩(wěn)定劑上，一個(gè)標(biāo)記處固定一種氣體色敏材料溶液，然后將有機(jī)溶劑干燥后得到色敏氣體傳感器陣列。本發(fā)明制作的色敏氣體傳感器不但檢測精度高、檢測范圍寬，而且使用壽命長、不同批次間一致性高。
文檔編號(hào)G01N21/78GK101074931SQ20071002469
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者鄒小波, 趙杰文, 黃星奕, 蔡健榮, 陳全勝 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)