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专利名称：Qcm气相静态检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种QCM气相静态检测装置，该装置能简单快速地检测出环境大气中的不同气体物质的浓度。
背景技术：
石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)的发展始于二十世纪60年代初期，它是一种非常灵敏的质量检测器，其测量精度可达到纳克级，比灵敏度在微克级的电子微天平高100倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平利用了石英晶体谐振器的压电特性，将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其它辅助设备可获得高精度的数据，因而被广泛应用于化学、物理、生物、医学和材料科学等领域中，用以进行气体、液体等成分分析以及微质量的测量，尤其是能够灵敏、快速地监测气体分子。目前QCM传感检测方法的研究主要集中在气相和液相稳定检测装置的设计方面，这些装置方法往往由于操作复杂、耗时长、精度低、使用条件苛刻等因素限制了其实际应用，因而本实用新型提出了一种设备简易、操作方便的QCM气相静态检测装置，可通过静态平衡吸附法灵敏、准确地检测出气体的浓度。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种QCM气相静态检测装置，该装置设备简易、操作方便，能在数分钟内准确地检测出气体的浓度。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种QCM气相静态检测装置，该装置包括带阀门的进气管和出气管，氮气经过干燥器进入一个由超级恒温器控温的密闭检测瓶内，充满后由出气管排出，检测时关闭进气管和出气管；检测瓶瓶口用橡胶塞密封，橡胶塞上安装一个内置硅橡胶的不锈钢喷管，用微量进样器的针头穿过硅橡胶可向检测瓶内进样；由一个小型直流电源驱动的小风扇通过导线穿过橡胶塞，悬置于检测瓶底部；QCM传感器通过导线穿过橡胶塞悬置于检测瓶中部，并与TTL振荡器相连，TTL振荡器由直流电源驱动，并与频率计数器相连接，构成一个完整的传感检测回路。所述干燥器内放置的干燥剂为无水CaCl2。所述小风扇的材质是聚酯塑料，且驱动小风扇的小型直流电源的输出电压为1 6V，驱动TTL振荡器的直流电源的输出电压是2 12V。而且，橡胶塞与检测瓶、进气管和出气管与橡胶塞都是紧密相连的，以此保证检测瓶的整体密闭性良好。所述QCM传感器为AT切双面被银或被金的压电石英晶体，QCM传感器上可涂敷不同的敏感涂膜材料，以选择性地吸附不同气体分子。该装置通过静态平衡吸附法可方便、准确地检测出不同气体的浓度。整个装置由以上几个部件组装而成，易拆除更换，便于携带。其特征是静态检测装置的设计、AT切双面被银或被金QCM传感器的应用。其主要工作原理是气体分子能够选择性地吸附在相应的敏感涂膜材料上，产生的细微小质量变化会使传感器的谐振频率发生变化，以频率变化值来计算所测气样中目标气体的浓度。在装置的设计上，氮气由进气管进入检测室，待测气样由微量进样器注入。氮气可以使吸附在敏感涂膜材料上的气体脱附，使传感器谐振频率恢复到初值。整个过程可以在几分钟内完成，随后就能用于下一次的检测，所以该装置能有效地缩短检测时间和简化操作过程。本实用新型的有益效果是，可以准确、快速地测定气体的浓度，且装置结构简单，检测过程省时省力，非常方便。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。附

图1是QCM气相静态检测装置的示意图。其中1.进气管，2.出气管，3.干燥器，4.超级恒温器，5.检测室，6.小风扇，
7.QCM传感器，8.橡胶塞，9.硅橡胶，10.不锈钢喷管，11.微量进样器，12.针头，13.小型直流电源，14. TTL振荡器，15.直流电源，16.频率计数器。
具体实施方式
如图1所示，氮气经过干燥器3后进入一个由超级恒温器4控温的密闭检测瓶5内，一个小型直流电源13 (输出电压为3V)驱动的小风扇6悬置于检测瓶5底部,检测瓶5瓶口用橡胶塞8密封，橡胶塞8上安装一个不锈钢喷管10，喷管内放置硅橡胶9供微量进样器11进样用，AT切双面被银QCM传感器7由密闭检测瓶5引出，与由直流电源15 (输出电压为5V)驱动的TTL振荡器14相连，TTL振荡器14再与频率计数器16相连接，构成一个完整的传感检测回路。具体检测的操作过程如下1.首先打开电源，使TTL振荡器14起振，此时频率计数器16会显示出振荡的频率，然后打开氮气进气管I和出气管2，待频率显示稳定后关闭进气管I和出气管2，记录下初始频率值F1 ；2.通过微量进样器11向检测瓶5内快速注入气样，待频率稳定后记录下频率值
F2;3.每个气样的频率响应值(AF)可由下式得出A F=F1-F2，把A F代入到相应的工作曲线方程中，即可计算出气样中气体的浓度值；4.检测完毕后打开氮气进气管I和出气管2，使频率计数器16显示频率恢复到初始频率值F1，然后关闭所有气路，以备下次检测用。本实用新型可以应用于环境大气中气体的静态分析检测。所使用的QCM传感器具有灵敏响应特性，能及时反映出被检测气体的浓度。只要将气样注入密闭检测瓶，就可以达到快速、准确检测的目的。
权利要求1.一种QCM气相静态检测装置，该装置包括带阀门的进气管(I)和出气管(2)，氮气经过干燥器(3 )进入一个由超级恒温器(4)控温的密闭检测瓶(5 )内，充满后由出气管(2 )排出，检测时关闭进气管(I)和出气管(2);检测瓶(5)瓶口用橡胶塞(8)密封，橡胶塞(8)上安装一个内置硅橡胶(9)的不锈钢喷管(10)，用微量进样器(11)的针头(12)穿过硅橡胶(9)可向检测瓶(5)内进样；由一个小型直流电源(13)驱动的小风扇(6)通过导线穿过橡胶塞(8 )，悬置于检测瓶(5 )底部；QCM传感器(7 )通过导线穿过橡胶塞(8 )悬置于检测瓶(5 )中部，并与TTL振荡器(14)相连，TTL振荡器(14)由直流电源(15)驱动，并与频率计数器(16)相连接，构成一个完整的传感检测回路。
2.根据权利要求1所述的QCM气相静态检测装置，其特征是干燥器(3)内放置的干燥剂为无水CaCl2。
3.根据权利要求1所述的QCM气相静态检测装置，其特征是小风扇(6)的材质是聚酯塑料，且驱动小风扇(6)的小型直流电源(13)的输出电压为1 6V。
4.根据权利要求1所述的QCM气相静态检测装置，其特征是驱动TTL振荡器(14)的直流电源(15)的输出电压是2 12V。
5.根据权利要求1所述的QCM气相静态检测装置，其特征是所述QCM传感器(7)为AT切双面被银或被金的压电石英晶体。
专利摘要本实用新型公开了一种QCM气相静态检测装置，该装置包括带阀门的进气管(1)和出气管(2)，氮气经过干燥器(3)进入一个由超级恒温器(4)控温的密闭检测瓶(5)内，充满后由出气管(2)排出，检测时关闭进气管(1)和出气管(2)；检测瓶(5)瓶口用橡胶塞(8)密封，橡胶塞(8)上安装一个内置硅橡胶(9)的不锈钢喷管(10)，用微量进样器(11)的针头(12)穿过硅橡胶(9)可向检测瓶(5)内进样；由一个小型直流电源(13)驱动的小风扇(6)通过导线穿过橡胶塞(8)，悬置于检测瓶(5)底部；QCM传感器(7)通过导线穿过橡胶塞(8)悬置于检测瓶(5)中部，并与TTL振荡器(14)相连，TTL振荡器(14)由直流电源(15)驱动，并与频率计数器(16)相连接，构成一个完整的传感检测回路。其中，QCM传感器(7)上可涂敷不同的敏感涂膜材料，以选择性地吸附不同气体。该装置通过静态平衡吸附法可方便、准确地检测出不同气体的浓度。
文档编号G01N5/02GK202903634SQ201220548858
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者曹忠, 周婷, 龙姝, 何婧琳, 王君霞, 曾利红 申请人:长沙理工大学