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美國(guó)密歇根大學(xué)研究智能氣體傳感器

發(fā)布日期：2014-10-16 瀏覽次數(shù) ：39001

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導(dǎo)讀：近日，從《分析化學(xué)》雜志上獲悉，美國(guó)密歇根大學(xué)研究人員正在開(kāi)發(fā)一種便攜式可調(diào)節(jié)的二維微型氣體色譜儀，能識(shí)別并檢測(cè)化學(xué)氣體成分，更加靈敏智能，可用于探測(cè)爆炸物、化學(xué)武器揮發(fā)氣體，還能通過(guò)病人的呼吸診斷病情，偵查礦井是否安全等。儀器也非常節(jié)能，對(duì)礦井作業(yè)和偏僻地區(qū)醫(yī)療室具有很大。目前，智能傳感器能識(shí)別包含20種不同成分的化學(xué)氣體，以及植物釋放的混合物成分。

        該校生物醫(yī)學(xué)工程系教授范旭東(音譯)解釋說(shuō)，揮發(fā)氣體中的各種成分就像一團(tuán)團(tuán)微小的云重疊在一起，檢測(cè)之前要把它們分開(kāi)，而在揮發(fā)性混合氣體中，要識(shí)別各種成分非常困難。目前大部分傳感器是讓混合氣體依次通過(guò)兩個(gè)試管，一個(gè)試管內(nèi)涂有一層聚合物，會(huì)減緩較重分子速度，大致把各種氣體按重量分開(kāi)。

  研究人員正在開(kāi)發(fā)的傳感器在分離各種化學(xué)成分方面更有效。讓氣體先通過(guò)一個(gè)試管獲得初步線索，然后用一個(gè)泵和壓縮機(jī)從一個(gè)試管中收集氣體，間隔規(guī)律地送入第二個(gè)試管中，進(jìn)行第二道檢測(cè)。第二個(gè)試管內(nèi)涂有一層化聚合物，一端帶正電另一端帶負(fù)電，會(huì)減慢那些被化了的氣體分子的速度，未化的分子能以更快速度通過(guò)。根據(jù)這些信息，研究人員就能識(shí)別出氣體中的化學(xué)成分。再給這套系統(tǒng)加上一個(gè)決策裝置并連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)能看到各種化學(xué)成分逐步分離的整個(gè)過(guò)程。

 在決策裝置引導(dǎo)下，一小團(tuán)云完全通過(guò)后，壓縮機(jī)才能再次運(yùn)作，這種方法能讓同一種分子聚集在一起，分析數(shù)據(jù)更容易。第二道檢測(cè)過(guò)程還可以增加一個(gè)輪換試管，讓氣體更快通過(guò)，此時(shí)決策裝置還充當(dāng)“接線員”，當(dāng)一個(gè)試管正“忙”時(shí)就把氣體送入另一個(gè)試管。這樣氣體從一個(gè)試管出來(lái)進(jìn)入二道檢測(cè)試管時(shí)就不會(huì)停頓。

二道檢測(cè)試管還可以專門(mén)定做，用不同涂層做成各種長(zhǎng)度的試管來(lái)分離特殊氣體，比如一種專用分子“熱線”，可以探測(cè)某些特殊分子。范旭東說(shuō)：“如果懷疑某地有化學(xué)武器泄露，我們就送一批這種專用分子‘熱線’過(guò)去，能靈敏地識(shí)別出這些成分。”

目前，研究小組已經(jīng)證明了新裝置能在兩個(gè)檢測(cè)試管之間分配氣體，智能傳感器能識(shí)別包含20種不同成分的化學(xué)氣體，以及植物釋放的混合物成分。

 無(wú)論是探查爆炸物、化學(xué)武器，還是監(jiān)測(cè)礦井安全，對(duì)于化學(xué)氣體檢測(cè)儀器而言，重要的一條就是靈敏度。如果不能迅速準(zhǔn)確地檢查出目標(biāo)物，即使是再的技術(shù)也可以說(shuō)意義不大。本文介紹的這套儀器一方面能使不同分子盡可能分開(kāi)并分別聚集，另一方面通過(guò)輪換試管和定做試管的方式使檢測(cè)過(guò)程更加和具有針對(duì)性，這些都是強(qiáng)化靈敏度的關(guān)鍵因素。與此同時(shí)，這種儀器似乎并不復(fù)雜，也大大提高了它作為實(shí)用技術(shù)進(jìn)行推廣的可能性。

 相關(guān)論文近日發(fā)表在《分析化學(xué)》雜志上。