[发明专利]对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜修饰的石英晶体微天平传感器

说明书

技术领域

本发明属于气体传感技术领域，特别涉及对氰化氢气体和水蒸气有着正负相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器。 

背景技术

灵敏度、响应时间、恢复时间、重复性和选择性是考察一个传感器好坏的重要指标。高的灵敏度可以使传感器在目标气体浓度远低于危害浓度时就能够产生有效的警报，使人们可以提前离开或做好防护措施。快的响应时间可以让人们能够及时得到危险的警报，而这对于危害极大的氰化氢毒剂显得尤为重要。快的恢复时间则可以使传感器在目标气体消失后迅速地恢复到初始状态，解除警报，恢复正常秩序，避免引起过度恐慌。好的重复性则可以多次重复利用该传感器，提高传感器的利用率，避免资源浪费。高的选择性则可以让人们快速的分辨出目标气体为何种成分，以让人们有针对性地采取相应的措施。其中，选择性是衡量传感器好坏的重中之重。目前，研究和开发具有较高选择性的传感器具有重要的实用意义和广阔的应用前景。 

氰化氢是一种剧毒化合物，在生产、储存及使用过程中要对其进行实时的监测(Patnaik,P.,Cyanides,Inorganic.John Wiley&Sons,Inc.:2006；p317-335)。在传感器的实际应用中，空气中的水蒸气对各种类型的传感器都有严重的干扰。研究制备一种能够明显区分水蒸气干扰的针对氰化氢气体的新型传感器有着十分重要的实用意义。石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)是一种以质量变化为依据的传感器，具有特异性好、灵敏度高、成本低廉和操作简单等优点(Lee,S.；Takahara,N.；Korposh,S.；Yang,D.；Toko,K.；Kunitake,T.,Anal.Chem.2010,82(6),2228-2236)。早在1959年，德国人Sauerbrey推导出气相中压电晶体表面所负载质量与谐振频移之间的方程式，即ΔF＝-2.26×10^-6F₀²ΔM/A，其中ΔF:压电晶体的频率变化；F₀:压电晶体的固有振动频率(Hz)；ΔM:压电晶体表面负载物质的质量(g)；A:接触面积(cm²)。由此方程式可知,当压电晶体表面负载的物质质量增大时，压电晶体的频率就会减小；当压电晶体表面负载的物质质量减小时，压电晶体的频 率就会增大，频率变化ΔF与质量变化ΔM存在一个反比例关系。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器。 

本发明的目的之二是提供一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器的制备方法。 

本发明的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器主要是针对QCM晶振的银电极进行加工处理。本发明通过溶剂法制备出氧化铜纳米颗粒粉末，然后将得到的氧化铜纳米颗粒粉末分散于纯水中形成悬浊液后，采用滴涂的方法修饰到QCM晶振的银电极的表面，从而得到用于检测氰化氢气体和水蒸气的石英晶体微天平(QCM)传感器(晶振)；所得到的QCM晶振置于气体检测室中以检测氰化氢气体和不同相对湿度的水蒸气。 

本发明的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器，是在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒。 

所述的在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒，其两个表面的修饰量都为3～7.5微克。 

所述的石英晶体微天平晶振的银电极的面积是0.196cm²。 

本发明的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器，是采用直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒，分别对QCM晶振的银电极的两个表面进行修饰，得到氧化铜纳米颗粒修饰的QCM晶振，从而得到对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的石英晶体微天平(QCM)传感器，具体制备方法包括以下步骤： 

(1)在室温下取6～12毫克直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒分散于4～6毫升的纯水中，超声分散(一般超声分散的时间为8～15分钟)形成均一分散的悬浊液；