專利名稱：基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣質(zhì)量分析方法。
背景技術(shù)：
霧霾天氣，造成城市里大面積低能見度的情況。在早上或夜間相對濕度較大的時(shí)候，形成的是霧；在白天氣溫上升、濕度下降的時(shí)候，逐漸轉(zhuǎn)化成霾。這種現(xiàn)象既有氣象原因，也有污染排放原因。2013年I月9日以來，全國中東部地區(qū)陷入嚴(yán)重的霧霾和污染天中，中央氣象臺將大霧藍(lán)色預(yù)警升級至黃色預(yù)警，13日10時(shí)北京甚至發(fā)布了北京氣象史上首個(gè)霾橙色預(yù)警，一月中旬，北京的空氣污染指數(shù)接近了 1000。從東北到西北，從華北到中部導(dǎo)致黃淮、江南地區(qū)，都出現(xiàn)了大范圍的重度和嚴(yán)重污染。由于陰霾、輕霧、揚(yáng)沙、浮塵、煙霧等天氣現(xiàn)象，都是因浮游在空中大量極微細(xì)的塵?；驘熈５扔绊懼率褂行侥芤姸刃∮?0KM。有時(shí)使氣象專業(yè)人員都難于區(qū)分。必須結(jié)合天氣背景、天空狀況、空氣濕度、顏色氣味及衛(wèi)星監(jiān)測等因素來綜合分析判斷，才能得出正確結(jié)論，而且霧和霾的天氣現(xiàn)象有時(shí)可以相互轉(zhuǎn)換的，因此加大了觀察和監(jiān)測的難度?，F(xiàn)有的氣敏傳感器通常采用金屬氧化物型傳感器，存在的缺陷為:存在交叉敏感、精度較低、容易受外界環(huán)境影響、氣體選擇性較小、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有空氣質(zhì)量分析技術(shù)的存在交叉敏感、精度較低、容易受外界環(huán)境影響、氣體選擇性較小、成本高的不足，本發(fā) 明提供了一種有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界環(huán)境影響、氣體選擇性較大、成本較低的基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:—種基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法，所述分析方法包括以下步驟:I)建立氣體檢測系統(tǒng)，包括氣敏傳感器陣列、用以根據(jù)氣敏傳感器陣列識別不同氣體濃度的識別系統(tǒng)，氣敏傳感器陣列采用碳納米管微納氣敏傳感器陣列，所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列中，每個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器包括納米碳管電極、鋁板電極和絕緣薄膜，所述納米碳管電極上覆蓋所述絕緣薄膜，所述絕緣薄膜上設(shè)有用于對應(yīng)不同氣體的極性分布一列凹槽，所述絕緣薄膜上覆蓋鋁板電極；2)進(jìn)行樣本檢測，將待檢測地區(qū)的空氣質(zhì)量的各個(gè)等級的空氣樣本，通過所述氣體檢測系統(tǒng)，所述碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號經(jīng)過主成分分析，得到主成分?jǐn)?shù)據(jù)，建立不同空氣質(zhì)量等級與主成分?jǐn)?shù)據(jù)的對應(yīng)序列；3)實(shí)時(shí)檢測分析:采集待檢測地區(qū)的空氣，將其通入所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列，識別系統(tǒng)得到各個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號，進(jìn)行主成分分析計(jì)算得到當(dāng)前主成分?jǐn)?shù)據(jù)，依照步驟2)的對應(yīng)序列，得到當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級。所述步驟2)中，所述空氣質(zhì)量等級包括優(yōu)、良、輕微污染、輕度污染、中度污染和重度污染。當(dāng)然，根據(jù)需要，也可以采用更加細(xì)化的等級分類。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界環(huán)境影響、氣體選擇性較大、成本較低。


圖1是碳納米管微納氣敏傳感器的示意圖。圖2是氣體質(zhì)量檢測系統(tǒng)的示意圖。圖3是是空氣質(zhì)量分析結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖1 圖3，一種基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法，所述分析方法包括以下步驟:I)建立氣體檢測系統(tǒng)，包括氣敏傳感器陣列1、用以根據(jù)氣敏傳感器陣列識別不同氣體濃度的識別系統(tǒng)2，氣敏傳感器陣列采用碳納米管微納氣敏傳感器陣列，所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列中，每個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器包括納米碳管電極3、鋁板電極4和絕緣薄膜5，所述納米碳管電極3上覆蓋所述絕緣薄膜5，所述絕緣薄膜5設(shè)有用于對應(yīng)不同氣體的極性分布一列凹槽，所述絕緣薄膜5上覆蓋鋁板電極4 ；2)進(jìn)行樣本檢測，將待檢測地區(qū)的空氣質(zhì)量的各個(gè)等級的空氣樣本，通過所述氣體檢測系統(tǒng)，所述碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號經(jīng)過主成分分析，得到主成分?jǐn)?shù)據(jù)，建立不同空氣質(zhì)量等級與主成分?jǐn)?shù)據(jù)的對應(yīng)序列；3)實(shí)時(shí)檢測分析:采集待檢測地區(qū)的空氣，將其通入所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列，識別系統(tǒng)得到各個(gè)碳·納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號，進(jìn)行主成分分析計(jì)算得到當(dāng)前主成分?jǐn)?shù)據(jù)，依照步驟2)的對應(yīng)序列，得到當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級。所述步驟2)中，所述空氣質(zhì)量等級包括優(yōu)、良、輕微污染、輕度污染、中度污染和重度污染。當(dāng)然，根據(jù)需要，也可以采用更加細(xì)化的等級分類。本實(shí)施例中，碳納米管的定向生長，其過程是將管式電爐加熱到650°C，先通入N2排空爐內(nèi)的氣體，然后把沉積了金屬Co顆粒的AAO模板置入石英舟推入電爐中，在電爐溫度穩(wěn)定在650°C后通入C2H2和H2,氣流速度為50sccm和50sccm,N2的流速為300sccm,生長一定時(shí)間后，關(guān)閉C2H2和H2，并在N2的保護(hù)下冷卻至室溫后，取出載有樣品的石英舟。合成的定向多壁納米碳管，納米碳管直徑大約在50 65nm,長度大約為5 10 μ m0納米碳管表面平整化處理:在電爐中催化合成的定向多壁納米碳管，我們可以觀察到:當(dāng)納米碳管在各自的模板空洞中生長時(shí)，相互之間的影響較小，生長速度的差別也較小，當(dāng)生長超出孔后則失去了模板的約束，納米碳管取向不一，長短不一，定向性差。為了解決這個(gè)問題，我們對制備的納米碳管進(jìn)行超聲處理。隨著超聲處理時(shí)間的增加，孔外納米碳管逐漸被截?cái)?，位于表面的納米碳管取向混亂程度也減小，露出的納米碳管面密度隨之提聞。由于超聲時(shí)間較短，納米碳管總體還是呈彎曲狀態(tài)，開口現(xiàn)象不是很明顯。而隨著超聲處理時(shí)間的增長(4小時(shí))，大部分納米碳管的頂部為較為整齊的開口狀。處理8小時(shí)的樣品切短后的納米碳管已呈十分一致的高度，因?yàn)榇藭r(shí)納米碳管與氧化鋁模板孔的邊緣等高，其開口不容易被觀察到，高能量的振動可能會導(dǎo)致碎片覆蓋開口的頂部。碳納米管微納氣敏傳感器的制備包括納米碳管電極和鋁板電極，在納米碳管電極上覆蓋絕緣薄膜，切除應(yīng)用氣體檢測部分的薄膜使此部分的納米碳管露出，再將鋁電極覆蓋在薄膜之上制成碳納米管微納氣敏傳感器，如圖1所示。實(shí)例:根據(jù)氣象部門發(fā)布的杭州市天氣預(yù)報(bào)，在杭州市市區(qū)中心地段分別于采集優(yōu)、良、輕微污染、輕度污染、中度污染、重度污染等空氣質(zhì)量樣品用于檢測。傳感器檢測數(shù)據(jù)主成分分析結(jié) 果如圖3示。
權(quán)利要求
1.一種基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法，其特征在于:所述分析方法包括以下步驟: 1)建立氣體檢測系統(tǒng)，包括氣敏傳感器陣列和用以根據(jù)氣敏傳感器陣列識別不同氣體濃度的識別系統(tǒng)，氣敏傳感器陣列采用碳納米管微納氣敏傳感器陣列，所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列中，每個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器包括納米碳管電極、鋁板電極和絕緣薄膜，所述納米碳管電極上覆蓋所述絕緣薄膜，所述絕緣薄膜上設(shè)有用于對應(yīng)不同氣體的極性分布一列凹槽，所述絕緣薄膜上覆蓋鋁板電極； 2)進(jìn)行樣本檢測，將待檢測地區(qū)的空氣質(zhì)量的各個(gè)等級的空氣樣本，通過所述氣體檢測系統(tǒng)，所述碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號經(jīng)過主成分分析，得到主成分?jǐn)?shù)據(jù)，建立不同空氣質(zhì)量等級與主成分?jǐn)?shù)據(jù)的對應(yīng)序列； 3)實(shí)時(shí)檢測分析:采集待檢測地區(qū)的空氣，將其通入所述碳納米管微納氣敏傳感器陣列，識別系統(tǒng)得到各個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號，進(jìn)行主成分分析計(jì)算得到當(dāng)前主成分?jǐn)?shù)據(jù)，依照步驟2)的對應(yīng)序列，得到當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級。
2.如權(quán)利要求1所述的基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法，其特征在于:所述步驟2)中，所述空氣質(zhì)量等 級包括優(yōu)、良、輕微污染、輕度污染、中度污染和重度污染。
全文摘要
一種基于微納氣敏傳感器的空氣質(zhì)量分析方法，包括以下步驟1)建立氣體檢測系統(tǒng)，包括氣敏傳感器陣列和用以根據(jù)氣敏傳感器陣列識別不同氣體濃度的識別系統(tǒng)，氣敏傳感器陣列采用碳納米管微納氣敏傳感器陣列；2)將待檢測地區(qū)的空氣質(zhì)量的各個(gè)等級的空氣樣本，通過所述氣體檢測系統(tǒng)，所述碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號經(jīng)過主成分分析得到主成分?jǐn)?shù)據(jù)，建立不同空氣質(zhì)量等級與主成分?jǐn)?shù)據(jù)的對應(yīng)序列；3)采集待檢測地區(qū)的空氣，得到各個(gè)碳納米管微納氣敏傳感器的響應(yīng)信號，進(jìn)行主成分分析得到當(dāng)前主成分?jǐn)?shù)據(jù)，依照步驟2)的對應(yīng)序列，得到當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級。本發(fā)明有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界環(huán)境影響、氣體選擇性較大、成本較低。
文檔編號G01N27/00GK103235007SQ201310101148
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者惠國華, 王敏敏, 黃潔, 馬美娟 申請人:浙江工商大學(xué)