[发明专利]用于检测挥发性有机化合物的气体传感器和气体测量仪器

说明书

本发明涉及用于检测挥发性有机化合物的气体传感器和气体测量仪器。具体地，本发明涉及气体传感器10，其中所述气体传感器10具有包括气体入口12和气体出口13的测量通道11，至少一个接收器层20，参考电极30和电压控制的运算器50，其中所述参考电极30与所述接收器层20电容耦合，其中所述参考电极30以导电的方式与所述运算器50连接，其中所述接收器层20构建在所述测量通道11中，其中所述测量通道11在所述接收器层20和所述参考电极30之间构成电介质层，和其中所述接收器层20具有载体21和分析物结合层22。本发明在此设计，该分析物结合层22是自组织单分子层(SAM)。

本申请是申请号为201580060327.0，申请日为2015年11月4日，同题的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器，一种气体测量仪器和根据本发明的气体传感器用于检测挥发性有机化合物的用途。

背景技术

气体传感器通常被用作气体测量仪器的基本组件。例如，它们用于所谓的个人相关的气体测量仪器（PAM =个人空气监测器）。用这样的个人相关的气体测量仪器来持续检验包围人的空气中的有害物质，并必要时发出相应的警告。对该气体测量仪器提出高的关于测量的可定量性、可靠性、安全性、可操作性、灵敏度的要求。

气体传感器，其适合于检测化学化合物，基本上由接收器和换能器的组合组成。接收器-如接收器电极-通常可在分子水平上与待检测的分析物分子相互作用。在此，该接收器的物理化学性质例如接收器表面的功函数改变。换能器可获取该变化，并将其转换为一个-例如电-信号。该电信号然后可又用于触发警报等。

在这种情况下，例如，基于半导体的气体传感器是已知的，其由一个场效应晶体管（FET）和一个与该FET耦合的电容器（电容控制场效应晶体管（CCFET））组成。该电容器被形成为空气电容。两个电容器面之一充当接收器，其中所述电容器面的表面（接收器表面）能够与待检测的分析物分子相互作用。待检验的样气从电容器面之间流过电容器，并形成电介质。如果存在于样气中的分析物分子与接收器表面发生相互作用，则电容器的电容改变。该电容变化可借助FET获得，并将其转换为电信号。

关于此点，US 4,411,741 A设计一种气体传感器，在其中接收器电极相对FET的栅电极布置，并且通过空气隙与栅电极分开。FET的栅电极和接收器电极在此形成电容器面。

DE 43 33 875 A1也设计了一种具有FET的半导体-气体传感器。利用的FET和空气隙，在其中形成有气体敏感层，即电容器，在此空间上彼此分开地布置，但仍彼此电耦合。该FET具有以传导方式(leitend)与传感器电极连接的栅电极。相对传感器电极布置气体敏感层。该气体敏感层通过空气隙与传感器电极隔开，并且经空气隙与传感器电极电容耦合。

EP 2 006 668 A1同样设计了这样的传感器。在此气体敏感层被另外的保护层覆盖。该另外的保护层以粘附的方式与所述气体敏感层连接，但可通过目标气体。它用于以这样的方式来修改测量信号的高度非线性的变化，其在气体敏感层和分析物的特定组合中尽管目标气体浓度或多或少线性的变化可能发生，使得测量信号的变化大致对应于目标气体浓度的变化。

这种已知的气体传感器的接收器层可由其构成的典型的材料是金属、半导体、半导体化合物或金属化合物，像例如铂、钯、氮化钛、酞菁铜、钛酸钡、二氧化锡、氧化银、氧化钴、铬-钛-氧化物、金、碘化钾或锗。每次使用的材料决定哪些分析物可被检测到。因此，例如氢可借助铂或钯检测，而NO₂和其它无机气体可尤其用由氧化钴、二氧化锡或酞菁铜制成的接收器层检测。在此，所谓的挥发性有机化合物的检测通常是成问题的，尤其是当它们通常处于相对惰性的状态像例如苯。对此原因是通常完全不或仅受限地发生这种有机化合物显示与用作接收器层的材料的相互作用。因此作为替代方案，通常使用光学传感器用于检测这种化合物。然而，这些对冲击和其它机械作用可能非常敏感。此外，它们往往比较大。

发明内容