国内恶臭气体检测：涉及气体传感器的组合与集成问题

　　传感技术的发展和成熟，必将催生更多应用和服务，帮助人类解决更多棘手问题。比如，利用气体传感器监测技术，可实现对污染源的实时监测，帮助政府治理雾霾等。目前，我国恶臭投诉在不断增多，现有的人工嗅辨技术已无法满足现实需求。除人工嗅辨外，基于传感器阵列的恶臭在线监测系统，是国际上比较成熟的一种恶臭在线监测技术。但在我国，这种技术的发展还不能满足实际应用。

不同类型传感器的组合和序列选择，是国内恶臭在线监测技术面临的问题之一。资料图

　　河北工业大学的张思祥教授，是国家重大科学仪器设备开发专项“恶臭自动在线监测预警仪器开发及应用示范”中仪器研发的主要负责人，主要开发基于传感器原理的在线恶臭监测仪器。

　　我们知道，气体传感器主要有金属氧化物传感器、电化学传感器和PID传感器（光离子化气体传感器）三种。单一传感器只能检测特定类的气体且对气体的选择性都较差。而恶臭气体含硫化氢、氨气、挥发性有机物等4000多种成分，单一传感器无法满足检测需求，故一般都采取传感器阵列。

　　传感器阵列采取的是将不同传感器集成到一个模块上或者在一个芯片上沉积不同的传感器材料，故张思祥教授开发的基于传感器阵列的恶臭在线监测仪器，其首要任务就是开发出合适我国的传感器组合，满足恶臭气体种类和浓度的检测需求。虽然气体传感器种类众多，在食品、医药、安全等领域应用广泛，但恶臭气体的一大特点是气体组分未知，这就对传感器的选择和组合造成了很大困难。

　　其次是恶臭气体组分分析问题。传感器对气体的选择性较差，在混合气检测中，很难检测出气体组分。张教授就想到了色谱分离，将恶臭气体先进行分离再检测。经过慎重考虑，张教授最终选择了微流控技术，一是微流控技术可以做成固态元件，二是可以与热导检测器、PID检测器或电化学传感器等集成到一个芯片上，从而便于将来进行在线和小型化设计。

　　微流控芯片大部分是做液体分离，为了实现气体分离，张教授团队主要进行了两种设计。一种是填充式，即在微流控芯片的沟道里填充吸附性物质，如经过修饰处理的硅藻土，利用吸附脱附原理实现气体分离。另外一种是表面涂覆，涂覆之后利用毛细原理对气体进行溶解和析出的分离。目前已经可以实现100ppb范围内的气体分离，基本达到当初预期的指标。