专利名称：基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法
技术领域：
本发明涉及一种空气质量分析方法。
背景技术：
雾霾天气，造成城市里大面积低能见度的情况。在早上或夜间相对湿度较大的时候，形成的是雾；在白天气温上升、湿度下降的时候，逐渐转化成霾。这种现象既有气象原因，也有污染排放原因。2013年I月9日以来，全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染天中，中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警，13日10时北京甚至发布了北京气象史上首个霾橙色预警，一月中旬，北京的空气污染指数接近了 1000。从东北到西北，从华北到中部导致黄淮、江南地区，都出现了大范围的重度和严重污染。由于阴霾、轻雾、扬沙、浮尘、烟雾等天气现象，都是因浮游在空中大量极微细的尘粒或烟粒等影响致使有效水平能见度小于10KM。有时使气象专业人员都难于区分。必须结合天气背景、天空状况、空气湿度、颜色气味及卫星监测等因素来综合分析判断，才能得出正确结论，而且雾和霾的天气现象有时可以相互转换的，因此加大了观察和监测的难度。现有的气敏传感器通常采用金属氧化物型传感器，存在的缺陷为:存在交叉敏感、精度较低、容易受外界环境影响、气体选择性较小、成本高。
发明内容
为了克服已有空气质量分析技术的存在交叉敏感、精度较低、容易受外界环境影响、气体选择性较小、成本高的不足，本发 明提供了一种有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界环境影响、气体选择性较大、成本较低的基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:—种基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法，所述分析方法包括以下步骤:I)建立气体检测系统，包括气敏传感器阵列、用以根据气敏传感器阵列识别不同气体浓度的识别系统，气敏传感器阵列采用碳纳米管微纳气敏传感器阵列，所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列中，每个碳纳米管微纳气敏传感器包括纳米碳管电极、铝板电极和绝缘薄膜，所述纳米碳管电极上覆盖所述绝缘薄膜，所述绝缘薄膜上设有用于对应不同气体的极性分布一列凹槽，所述绝缘薄膜上覆盖铝板电极；2)进行样本检测，将待检测地区的空气质量的各个等级的空气样本，通过所述气体检测系统，所述碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号经过主成分分析，得到主成分数据，建立不同空气质量等级与主成分数据的对应序列；3)实时检测分析:采集待检测地区的空气，将其通入所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列，识别系统得到各个碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号，进行主成分分析计算得到当前主成分数据，依照步骤2)的对应序列，得到当前的空气质量等级。所述步骤2)中，所述空气质量等级包括优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染和重度污染。当然，根据需要，也可以采用更加细化的等级分类。
本发明的有益效果主要表现在:有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界环境影响、气体选择性较大、成本较低。
图1是碳纳米管微纳气敏传感器的示意图。图2是气体质量检测系统的示意图。图3是是空气质量分析结果。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图3，一种基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法，所述分析方法包括以下步骤:I)建立气体检测系统，包括气敏传感器阵列1、用以根据气敏传感器阵列识别不同气体浓度的识别系统2，气敏传感器阵列采用碳纳米管微纳气敏传感器阵列，所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列中，每个碳纳米管微纳气敏传感器包括纳米碳管电极3、铝板电极4和绝缘薄膜5，所述纳米碳管电极3上覆盖所述绝缘薄膜5，所述绝缘薄膜5设有用于对应不同气体的极性分布一列凹槽，所述绝缘薄膜5上覆盖铝板电极4 ；2)进行样本检测，将待检测地区的空气质量的各个等级的空气样本，通过所述气体检测系统，所述碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号经过主成分分析，得到主成分数据，建立不同空气质量等级与主成分数据的对应序列；3)实时检测分析:采集待检测地区的空气，将其通入所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列，识别系统得到各个碳·纳米管微纳气敏传感器的响应信号，进行主成分分析计算得到当前主成分数据，依照步骤2)的对应序列，得到当前的空气质量等级。所述步骤2)中，所述空气质量等级包括优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染和重度污染。当然，根据需要，也可以采用更加细化的等级分类。本实施例中，碳纳米管的定向生长，其过程是将管式电炉加热到650°C，先通入N2排空炉内的气体，然后把沉积了金属Co颗粒的AAO模板置入石英舟推入电炉中，在电炉温度稳定在650°C后通入C2H2和H2,气流速度为50sccm和50sccm,N2的流速为300sccm,生长一定时间后，关闭C2H2和H2，并在N2的保护下冷却至室温后，取出载有样品的石英舟。合成的定向多壁纳米碳管，纳米碳管直径大约在50 65nm,长度大约为5 10 μ m0纳米碳管表面平整化处理:在电炉中催化合成的定向多壁纳米碳管，我们可以观察到:当纳米碳管在各自的模板空洞中生长时，相互之间的影响较小，生长速度的差别也较小，当生长超出孔后则失去了模板的约束，纳米碳管取向不一，长短不一，定向性差。为了解决这个问题，我们对制备的纳米碳管进行超声处理。随着超声处理时间的增加，孔外纳米碳管逐渐被截断，位于表面的纳米碳管取向混乱程度也减小，露出的纳米碳管面密度随之提闻。由于超声时间较短，纳米碳管总体还是呈弯曲状态，开口现象不是很明显。而随着超声处理时间的增长(4小时)，大部分纳米碳管的顶部为较为整齐的开口状。处理8小时的样品切短后的纳米碳管已呈十分一致的高度，因为此时纳米碳管与氧化铝模板孔的边缘等高，其开口不容易被观察到，高能量的振动可能会导致碎片覆盖开口的顶部。碳纳米管微纳气敏传感器的制备包括纳米碳管电极和铝板电极，在纳米碳管电极上覆盖绝缘薄膜，切除应用气体检测部分的薄膜使此部分的纳米碳管露出，再将铝电极覆盖在薄膜之上制成碳纳米管微纳气敏传感器，如图1所示。实例:根据气象部门发布的杭州市天气预报，在杭州市市区中心地段分别于采集优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染、重度污染等空气质量样品用于检测。传感器检测数据主成分分析结 果如图3示。
权利要求
1.一种基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法，其特征在于:所述分析方法包括以下步骤: 1)建立气体检测系统，包括气敏传感器阵列和用以根据气敏传感器阵列识别不同气体浓度的识别系统，气敏传感器阵列采用碳纳米管微纳气敏传感器阵列，所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列中，每个碳纳米管微纳气敏传感器包括纳米碳管电极、铝板电极和绝缘薄膜，所述纳米碳管电极上覆盖所述绝缘薄膜，所述绝缘薄膜上设有用于对应不同气体的极性分布一列凹槽，所述绝缘薄膜上覆盖铝板电极； 2)进行样本检测，将待检测地区的空气质量的各个等级的空气样本，通过所述气体检测系统，所述碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号经过主成分分析，得到主成分数据，建立不同空气质量等级与主成分数据的对应序列； 3)实时检测分析:采集待检测地区的空气，将其通入所述碳纳米管微纳气敏传感器阵列，识别系统得到各个碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号，进行主成分分析计算得到当前主成分数据，依照步骤2)的对应序列，得到当前的空气质量等级。
2.如权利要求1所述的基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法，其特征在于:所述步骤2)中，所述空气质量等 级包括优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染和重度污染。
全文摘要
一种基于微纳气敏传感器的空气质量分析方法，包括以下步骤1)建立气体检测系统，包括气敏传感器阵列和用以根据气敏传感器阵列识别不同气体浓度的识别系统，气敏传感器阵列采用碳纳米管微纳气敏传感器阵列；2)将待检测地区的空气质量的各个等级的空气样本，通过所述气体检测系统，所述碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号经过主成分分析得到主成分数据，建立不同空气质量等级与主成分数据的对应序列；3)采集待检测地区的空气，得到各个碳纳米管微纳气敏传感器的响应信号，进行主成分分析得到当前主成分数据，依照步骤2)的对应序列，得到当前的空气质量等级。本发明有效避免交叉敏感、精度高、不易受外界环境影响、气体选择性较大、成本较低。
文档编号G01N27/00GK103235007SQ201310101148
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者惠国华, 王敏敏, 黄洁, 马美娟 申请人:浙江工商大学