一种蜂蜜品质分析用气体传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种蜂蜜品质分析用气体传感器，所述气体传感器包括从底部往上依次设置的加热材料层(7)、第一加热电极(5)和第二加热电极(6)、绝缘基板(4)、第一测试电极(1)和四个第二测试电极(2)、四个呈阵列排布的气敏单元(3)，所述第一加热电极(5)、第二加热电极(6)分别与所述加热材料层(7)电连接，每个所述气敏单元(3)分别与所述第一测试电极(1)和每个所述第二测试电极(2)电连接。本实用新型专利技术所采用的敏感材料为针对于蜂蜜挥发物中的醛类、酮类、醇类和酯类的特选材料，具有较高的选择性，所获取的信号特异性更为明显，区分度更高，效果更好。

A gas sensor for honey quality analysis

【技术实现步骤摘要】
一种蜂蜜品质分析用气体传感器
本技术属于传感器领域，特别涉及一种蜂蜜品质分析用气体传感器。
技术介绍
蜂蜜是一种有益人体身体健康的营养食品，也是食品加工领域重要的添加剂之一，更是一种中药，蜂蜜品质的好坏直接决定着对人体有益的程度和食品加工产品的品质。而蜂蜜作为蜜蜂的分泌物，蜂种、花种、采蜜时间的差异，都会导致蜂蜜在气味、口味上的巨大差异，如何采用一种便捷有效的技术手段实现对蜂蜜的快速分析，实现对蜂蜜品质的鉴定，一直以来都是蜂蜜品质分析领域的挑战性问题之一。蜂蜜的分析方法目前为仅限于色谱、光谱分析法，样品需要预处理，操作复杂，耗时长。气体传感器具有体积小巧、成本低廉的特点，专门针对于空气中的气体分子进行检测，而蜂蜜中的成分都属于易挥发物质，利用气体传感器技术对蜂蜜的挥发物成分进行检测，结合后续数据分析与特征提取，可以获取蜂蜜的气味特征指纹，实现对蜂蜜的品质分析。但是当前的商用传感器多用于环境监控领域，检测VOC、可燃气体等，且目前的气体传感器具有广谱响应特性，对多种气体均可实现响应，响应值差距不明显，即对于单一种类的气体选择性较差，检测结果难以区分各种物质的含量。因此，需要设计针对于蜂蜜挥发物检测的专用气体传感器，并且对于各种物质具有较高的选择性，可以分析蜂蜜中各种物质的含量。为了解决上述问题，提出本技术。
技术实现思路
本技术提供一种蜂蜜品质分析用气体传感器，所述气体传感器包括从底部往上依次设置的加热材料层7、第一加热电极5和第二加热电极6、绝缘基板4、第一测试电极1和四个第二测试电极2、四个呈阵列排布的气敏单元3，所述第一加热电极5、第二加热电极6分别与所述加热材料层7电连接，每个所述气敏单元3分别与所述第一测试电极1和每个所述第二测试电极2电连接，其中，四个所述气敏单元3均为纳米半导体材料层，具体分别是纳米氧化钛颗粒层、纳米氧化钨片层、纳米氧化锡颗粒层、纳米氧化锌颗粒层，四个所述气敏单元3分别对蜂蜜挥发物中的醛类、酮类、醇类和酯类物质选择性敏感。优选地，上述纳米氧化钛颗粒层、纳米氧化钨片层、纳米氧化锡颗粒层、纳米氧化锌颗粒层中纳米半导体材料颗粒或片的尺寸小于40纳米。纳米材料具有极高的表面活性，响应灵敏度高。所述纳米半导体材料表面具有特殊结构，与不同气体分子的表面交互活化能有巨大差异，呈现出对不同气体分子的高度选择性相应特性。其中，所述加热材料层7的目的是实现传感器在固定温度下工作。优选地，所述气体传感器总体厚度不超过2毫米，平面尺寸小于5×5毫米，四个所述气敏单元3之间间距不超过2毫米。结构紧凑，热场分布均匀。优选地，所述加热材料层选自氧化钌层、铂层、镍层，所述绝缘基板4选自氧化铝陶瓷片、硅片。优选地，所述第一测试电极1、第二测试电极2、第一加热电极5和第二加热电极6均为叉指电极。本技术第二方面提供一种蜂蜜品质分析用气体传感器的制备方法，包括以下步骤：A、在绝缘基板4的一面布置第一加热电极5和第二加热电极6，另一面布置第一测试电极1和四个第二测试电极2；B、在所述第一加热电极5和第二加热电极6上布置加热材料层7，使得所述第一加热电极5、第二加热电极6分别与所述加热材料层7电连接；C、在所述第一测试电极1、四个所述第二测试电极2上布置四个阵列排布的气敏单元3，使得每个所述气敏单元3分别与所述第一测试电极1和每个所述第二测试电极2电连接；其中，四个所述气敏单元3均为纳米半导体材料层，具体分别是纳米氧化钛颗粒层、纳米氧化钨片层、纳米氧化锡颗粒层、纳米氧化锌颗粒层。四个所述气敏单元3分别对蜂蜜挥发物中的醛类、酮类、醇类和酯类物质选择性敏感。优选地，所述纳米半导体材料通过水热法、溶剂热法、水浴法、牺牲模板法、蒸镀法制备。优选地，步骤A采用丝网印刷或电镀的方法，步骤B和步骤C采用丝网印刷或喷墨打印的方法。优选地，所述第一测试电极1、第二测试电极2、第一加热电极5、第二加热电极6为金电极，其中第一测试电极1为4个所述气敏单元3电信号测量电路的共用负极，四个所述第二测试电极2分别是4个所述气敏单元3电信号测量电路的正极，第一加热电极5为所述加热材料层7加热电压的负极，第二加热电极6为所述加热材料层7加热电压的正极；上述电极材料还可以是采用铂、银、镍、铜、碳纳米管、石墨烯等组成的高导电性的复合材料。本技术第三方面提供第一方面所述的气体传感器在蜂蜜鉴别和分析中的用途。优选地，所述用途用于鉴别和分析因蜂种、产地、采花品种、采花期而导致的蜂蜜品质差异。优选地，根据蜂蜜挥发物中的醛类、酮类、醇类和酯类物质对蜂蜜。鉴别和分析利用上述蜂蜜品质分析用气体传感器测试蜂蜜品质的方法如下：A、给第一加热电极5、第二加热电极6施加电压，发热材料7温度升高，最后达到传感器的设定工作温度保持恒定。B、将第一测试电极1、四个第二测试电极2均与测量仪器连接，当四个所述气敏单元接触到蜂蜜的挥发物时，会引起其内敏感材料的电信号变化，通过对四个所述气敏单元输出的信号处理，将测试信号通过计算，转换为4维的指纹信号，利用SPSS软件的PCA主成分分析法，比对标准蜂蜜样品与测试蜂蜜样品的指纹特征，提取特征值，根据其在主成分载荷图上的落点位置的远近，判断相似程度，实现对蜂蜜品质差异的快速分析和有效鉴别。本技术具有以下有益效果：1、与现有技术相比，本技术采用气体传感技术解决了当前气相色谱、红外光谱无法实现的蜂蜜品质分析问题。商用气体传感器为广谱性材料，对多种气体可实现响应，基本无选择性。本技术所采用的敏感材料为针对于蜂蜜挥发物中的醛类、酮类、醇类和酯类的特选材料，具有较高的选择性，所获取的信号特异性更为明显，区分度更高，效果更好。2、本技术所述的传感器还具有分析结果准确、成本低廉、集成度高、微型化的特点，可批量工业生产，能够给蜂蜜的品质分析提供了一种便捷的分析方法。3、本技术提供了一种集成分析多种挥发物的气体传感器，只要需要快速鉴别醛类、酮类、醇类和酯类化合物的领域，均能得到应用。附图说明图1为本技术实施例1气体传感器的上表面结构示意图。图2为实施例1气体传感器的上表面测试电极布置示意图。图3为实施例1气体传感器的下表面结构示意图。图4为实施例1气体传感器的下表面加热电极布置示意图。图5为实施例1气体传感器的截面示意图；图6为实施例2制备的氧化锡纳米颗粒SEM形貌图及EDS能谱图；图7为实施例2制备的氧化钛纳米颗粒SEM形貌图及EDS能谱图；图8为实施例2制备的氧化锌纳米颗粒SEM形貌图及EDS能谱图；图9为实施例2制备的氧化钨纳米片SEM形貌图及EDS能谱图；图10为1号蜂蜜样品的气味特征指纹图；图11为2号蜂蜜样品的气味特征指纹图；图12为3号蜂蜜样品的气味特征指纹图；图13为4号蜂蜜样品的气味特征指纹图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂蜜品质分析用气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括从底部往上依次设置的加热材料层(7)、第一加热电极(5)和第二加热电极(6)、绝缘基板(4)、第一测试电极(1)和四个第二测试电极(2)、四个呈阵列排布的气敏单元(3)，所述第一加热电极(5)、第二加热电极(6)分别与所述加热材料层(7)电连接，每个所述气敏单元(3)分别与所述第一测试电极(1)和每个所述第二测试电极(2)电连接；/n其中，四个所述气敏单元(3)均为纳米半导体材料层，具体分别是纳米氧化钛颗粒层、纳米氧化钨片层、纳米氧化锡颗粒层、纳米氧化锌颗粒层。/n

【技术特征摘要】
1.一种蜂蜜品质分析用气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括从底部往上依次设置的加热材料层(7)、第一加热电极(5)和第二加热电极(6)、绝缘基板(4)、第一测试电极(1)和四个第二测试电极(2)、四个呈阵列排布的气敏单元(3)，所述第一加热电极(5)、第二加热电极(6)分别与所述加热材料层(7)电连接，每个所述气敏单元(3)分别与所述第一测试电极(1)和每个所述第二测试电极(2)电连接；
其中，四个所述气敏单元(3)均为纳米半导体材料层，具体分别是纳米氧化钛颗粒层、纳米氧化钨片层、纳米氧化锡颗粒层、纳米氧化锌颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼鹏，王猛，曾熠程，郭青，曾大文，王晓夏，邱玥，廖头根，李智宇，
申请(专利权)人：云南中烟工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：云南;53