[发明专利]一种检测气态化合物浓度的方法及其系统

说明书

本发明公开了一种检测气态化合物浓度的方法及其系统。所述方法包括：提供一光源；将检测单元暴露在所述气态化合物中并且由所述光源照射，其中所述检测单元包括由液晶复合纤维形成的纤维薄膜，所述液晶复合纤维包括以高分子材料为皮层和以液晶材料为芯的皮芯结构；测试所述检测单元的光学性能的变化；以及根据预测的所述检测单元的光学性能与所述气态化合物浓度之间的对应关系，将所述光学性能的变化转换成所述气态化合物的浓度。本发明利用具有皮芯结构的液晶复合纤维，可实现气态化合物浓度的测定，检测方法简单易操作，成本低。

技术领域

本发明涉及一种气态化合物浓度的检测方法，特别涉及一种以液晶复合纤维为基础的 光学检测方法和检测系统。

背景技术

有机气体大多数具有高挥发性、毒性及易燃性，对暴露在其中的生物具有严重的危害， 更容易对生态环境造成严重的污染。在全球面临严峻的工业、大气和环境污染的今天，有 害气体的检测具有极为重要的社会意义。现有的有机气体的测定方法，一般都用来检测有 害气体的存在，但是对于气体浓度的实时精确检测仍存在问题，往往需要将待测样品送到 分析实验室或检测中心，利用复杂仪器进一步检测，这样不仅造成了检测成本的提高，同 时也导致了因运输引起的数据的延迟性和不准确性。

液晶会对外界刺激(如电场、温度、化学物质等)产生一些排列取向上的改变，从而改变光学特性。利用液晶对这些外界刺激的响应，可制出对应的传感器。Kun-Lin Yang等人提出采用聚合物稳定胆甾相液晶(PSCLC)，利用胆甾相液晶在不同浓度的气体下可产 生颜色的变化，来用于检测易挥发的胺类气体。但是所报道的PSCLC被设置在不透气的 基板中，无法使胆甾相液晶与被测气体充分接触，导致其测量灵敏度的下降。Jan P.F.Lagerwall等人阐述了用同轴静电纺丝技术将低分子量的液晶材料加入到合成高分子材料中制成液晶复合纤维，并将其暴露在甲苯气体中，可以产生光学上的变化。但是报道的方法仅基于偏光显微镜的观察，只能定性的说明通入甲苯后液晶复合纤维在光学上有变化，却无法量化地说明变化程度，因此无法确定甲苯气体的浓度。

因此，需要提供一种气态化合物的检测方法，可以低成本、简单快速、灵敏而可靠地 检测气态化合物的存在，同时能实时而精准地检测其浓度。

发明内容

为满足上述需求，本发明提出一种检测气态化合物浓度的方法，所述方法包括：提供 一光源；将检测单元暴露在所述气态化合物中并且由所述光源照射，其中所述检测单元包 括由液晶复合纤维形成的纤维薄膜，所述液晶复合纤维具有以高分子材料为皮层和以液晶 材料为芯的皮芯结构；测试所述检测单元的光学性能的变化；以及根据预测的所述检测单 元的光学性能与所述气态化合物浓度之间的对应关系，将所述光学性能的变化转化成所述 气态化合物的浓度。在优选实施方案中，所述气态化合物为挥发性气态有机化合物。在更 优选实施方案中，所述气态化合物为乙醇、甲苯、丙酮。

在优选实施方案中，所述检测单元进一步包括基板，所述纤维薄膜附着在所述基板上。 优选地，所述基板为透明基板。在另一个优选实施方案中，所述检测单元还包括支架，所 述液晶复合纤维悬挂在所述支架上。

在优选实施方案中，所述液晶材料包括至少一种向列相液晶。在优选实施方案中，所 述高分子材料为合成高分子材料。优选地，高分子材料为聚乳酸(PLA)、聚甲基丙稀酸-2- 羟乙酯(PHEMA)、聚乙烯醇(PVA)等。

在优选实施方案中，所述光学性能包括所述光源发出的光所述检测单元的透射率。在 优选实施方案中，所述透射率包括自然光的透射率或偏振光的透射率。

在优选实施方案中，所述纤维薄膜的制备方法包括：将所述高分子材料、所述液晶材 料与有机溶剂混合，形成均一溶液；将所述均一溶液通过静电纺丝方法制成所述液晶复合 纤维；以及将所述液晶复合纤维均匀沉积，形成所述纤维薄膜。