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中國(guó)儀器網(wǎng) 科技成果】無(wú)論是公共安全、公安技術(shù)偵查還是環(huán)境監(jiān)測(cè),都離不開(kāi)高靈敏度的氣體檢測(cè)儀器。目前,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的氣體檢測(cè)儀器為
氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀等,但由于這類(lèi)儀器體積較大、不便攜帶,因此無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)分析和檢測(cè)的需求。相比之下,體積小、檢測(cè)快、反應(yīng)靈敏的聲表面波氣相
色譜更適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。長(zhǎng)期以來(lái),該儀器設(shè)備一直依靠進(jìn)口。不過(guò),近期中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心研究員何世堂團(tuán)隊(duì)完成了聲表面波
氣相色譜儀的研制,實(shí)現(xiàn)了該類(lèi)儀器的國(guó)產(chǎn)化。
氣相色譜
聲表面波是英國(guó)物理學(xué)家瑞利(Rayleigh)在19世紀(jì)80 年代研究地震波的過(guò)程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡?,而聲表面波氣相色譜儀是本世紀(jì)初期才發(fā)展起來(lái)的新型現(xiàn)場(chǎng)快速氣體分析技術(shù)。它可以利用氣象色譜原理實(shí)現(xiàn)復(fù)雜氣體組分的分離,在復(fù)雜背景大氣環(huán)境下進(jìn)行氣體分析,再利用聲表面波檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)組分的定性和定量分析,能夠有效避免不同氣體組分之間的互相干擾,實(shí)現(xiàn)痕量氣體的廣譜(揮發(fā)和半揮發(fā)性有機(jī)物)、快速(<1分鐘)、高靈敏度(ppb~ppt級(jí))分析。
聲表面波傳感器利用氣體作為聲波的負(fù)載效應(yīng)而引起聲波傳播速度的變化,從而引起頻率的變化來(lái)進(jìn)行定量檢測(cè)。傳統(tǒng)氣相色譜儀分析時(shí)間一般在幾十分鐘到一個(gè)小時(shí),而聲表面波氣相色譜儀僅需1分鐘,大大提升了氣體分析的效率。憑借強(qiáng)大的氣體組分分離檢測(cè)技術(shù),聲表面波氣相色譜儀的靈敏度也很高,很適用于復(fù)雜的氣體環(huán)境。此外,該類(lèi)儀器的體積往往很小,可以做成便攜式的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器。而正是它的、高靈敏度和輕巧便攜,使其被廣泛應(yīng)用于爆炸物、水污染、有毒害氣體等多種物質(zhì)的檢測(cè),在公共安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品和藥品檢測(cè)等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。
基于此,中科院聲學(xué)所的何世堂團(tuán)隊(duì)對(duì)聲表面波氣相色譜儀的研制進(jìn)行了深入研究,理論分析其響應(yīng)機(jī)理并計(jì)算質(zhì)量檢測(cè)下限,設(shè)計(jì)出儀器的核心部件——聲表面波(SAW)檢測(cè)器,并分析SAW檢測(cè)器表面不同區(qū)域的靈敏度,根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化檢測(cè)器及檢測(cè)器與分離系統(tǒng)的對(duì)接參數(shù)。與此同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)出進(jìn)樣富集和色譜分離系統(tǒng)、聲表面波檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等多個(gè)分系統(tǒng),從而成功研制出聲表面波氣相色譜儀樣機(jī)。
據(jù)了解,這款樣機(jī)的檢測(cè)下限降低至國(guó)外同類(lèi)儀器的一半,相當(dāng)于性能提高了一倍。在應(yīng)用方面,該樣機(jī)除了可以支持爆炸物、毒品、人體氣味、水污染等檢測(cè),還有望為中藥成分提供檢測(cè)功能,為中藥質(zhì)量監(jiān)管提供技術(shù)支撐。相信未來(lái),研究團(tuán)隊(duì)將不僅提升聲表面波氣相色譜儀的檢測(cè)精度和效率,還將擴(kuò)展以及深化應(yīng)用領(lǐng)域,研制出可以投入產(chǎn)業(yè)化的國(guó)產(chǎn)儀器。
(本文參考資料:中國(guó)科學(xué)院、《聲表面波氣相色譜儀及其應(yīng)用》)
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