[发明专利]一种大气环境中微粒物质定性检测的方法

说明书

本发明提供一种大气环境中微粒物质定性检测的方法，属于传感器检测技术领域。根据吸附在SAW器件表面的待测物质升温过程由于熔化时SAW质量敏感效应和温度敏感效应相互叠加会产生特征信号，提供观察声表面波器件的频率随温度的变化曲线识别微粒的物质种类。本发明开拓性实现了单独使用一个传感器就能够从混合组份中获取待测物质的种类，无需构建传感器阵列，也无需与色谱等分离手段联用，极大地简化了检测装置。本发明系统成本低、长期稳定性高、操作简易，有利于实用化。

技术领域

本发明属于传感器检测技术领域，特别涉及一种大气环境中微粒物质定性检测的方法。

背景技术

声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)是沿压电衬底表面传播的一种波。SAW有一个十分显著的特点就是能量集中在衬底的表面区域，这一特点使得SAW对影响其表面上声波传播的任何微扰都很敏感，包括沉积的质量、施加的外力、电导的改变、温度的变化、粘弹性的变化等。通过对这一性质的应用，各种声表面波传感器应运而生，主要有声表面波温度传感器、化学传感器、压力传感器、粘度传感器等。

SAW化学传感器主要用于检测气体或液体等化学物质的浓度。该类传感器通常是在SAW叉指电极上涂覆敏感膜，由于敏感膜吸附化学物质后会在SAW传播路径表面产生质量沉积或者使得敏感膜的电导产生变化，导致SAW的传播速度发生变化，进而导致SAW频率、相位或振幅的变化。因此通过采集SAW输出信号就可定性识别待测物质。但是，研究人员发现无论敏感膜的选择性多好，它在对某一物质敏感的同时也会对其他一些物质产生一定的敏感响应，传感器会存在干扰信号，即存在交叉干扰。简而言之，敏感膜对待测物质不具备单一选择。正因为这种交叉敏感特性以及响应的非线性，采用单一的气体传感器对混合气体进行定性的检测是十分困难的。

为了应对交叉干扰这一难题，研究人员通常构建传感器阵列并结合模式识别算法进行定性的识别，然而，这就需要在多个SAW传感器上制作不同的敏感膜才得以形成阵列，其制作工序繁杂，涉及诸如薄膜材料制备及薄膜沉积等问题，而且敏感膜制备得到的传感器或多或少会存在吸附响应慢、解吸不彻底，长期稳定性差等缺陷。

与此相对的是，专利号为US5289715的美国专利：《Vapor detection apparatusand method using an acoustic interferometer》(《基于声学干涉仪的气体检测装置和方法》)中提出了一种不存在敏感膜的SAW气体传感器，其主要是利用低温冷凝作用将气相分子吸附在器件表面，虽然主要利用的仍然是SAW的质量敏感效应，但是相较于传统的敏感膜吸附，冷凝吸附的响应速度要快很多。但众所周知冷凝吸附是个纯物理过程，基本上可以说完全没有选择性，这就使得该种冷凝式SAW传感器仍然无法单独使用。为了能够从混合组分中识别出目标分子，必须将SAW传感器与色谱技术联用，即将冷凝式SAW传感器置于色谱分离柱的后端作为色谱仪的检测器使用，组装构成GC-SAW检测系统。但是这样会导致整机结构复杂，重量陡增，价格飙升，不利于大规模、实用化发展。

综上所述，SAW传感器的发展囿于单独依靠质量效应的质量敏感型SAW传感器或者单独依靠电导敏感效应的电导敏感型SAW传感器，而环境温度波动对SAW传播特性的影响(即温度敏感效应)则被视作待检测量检测时最主要考虑的干扰因素之一，并且在实际中通过双通道差分结构滤除百分九十左右的外界温度波动，甚至主动恒温等措施尽可能降低温度的影响。

发明内容

鉴于上文所述，本发明针对现有技术无法通过单一的SAW传感器对混合组分中定性识别出待测物质这一技术难题，提供一种大气环境中微粒物质定性检测的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：