[发明专利]一种采用可视化阵列芯片进行气体分析的方法

摘要

本发明提供一种采用可视化阵列芯片进行气体分析的方法，分别取本发明可检测的化合物挥发气体中单独一种或多种混合，制成若干个标准气体样品，采用可视化阵列芯片对各个标准气体进行分析检测，采取芯片在与标准气体反应前和反应后的图像，在红绿蓝三基色原理的基础上，将得到的各个标准气体样品与芯片反应后的图像对反应前图像进行数字减影，对得到的差值矢量结果进行主成分分析和费氏线性判别分析，得各个标准气体样品的分析结果，采用同样的处理和分析方法对未知气体样品进行检测，将未知气体样品的分析结果与标准气体的分析结果进行模式识别，分析出未知气体样品的气体种类。本发明方法具检测灵敏度高、检出限低、准确率高、检测快速的优点。

主权项

1.一种采用可视化阵列芯片进行气体分析的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在苯、甲苯、对二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2‑戊酮、四氢呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1‑己烯、异戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物的共26种挥发气体中，按照单独取每种、取所有情形的两种混合、取所有情形的三种混合、……取所有情形的二十四种混合、取所有情形的二十五种混合、取所有情形的二十六种混合的方式，由此制备得个标准气体样品；2)采用下述可视化阵列芯片分别对步骤1)制备的各个标准气体样品进行分析检测，每一个标准气体样品的分析检测中选择连接有进气管和出气管的反应室，从进气管处向反应室内通入惰性气体，从出气管中排出进气管和反应室中的空气，进行排气处理，将所述可视化阵列芯片放入排气后的反应室内，采集芯片在反应前的图像，从所述进气管通入所述标准气体样品，使标准气体与芯片间发生反应，待反应平衡后，采集芯片在反应后的图像；其中，所述可视化阵列芯片包括基材，在基材上按照阵列排布方式设置有1～36号功能模块；分别使用纳米金颗粒、介多孔有机硅酸盐、塑化剂和对醛类挥发性有机物具有特异性响应的材料对染料和卟啉进行功能性复合修饰；其中，1号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的1号染料涂覆制得，2号功能模块为采用组分包括甲酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的2号染料涂覆制得，3号功能模块为采用组分包括亮黄、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的3号染料涂覆制得，4号功能模块为采用组分包括溴酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的4号染料涂覆制得，5号功能模块为采用组分包括尼罗红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的5号染料涂覆制得，6号功能模块为采用组分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的6号染料涂覆制得，7号功能模块为采用组分包括锌卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的7号染料涂覆制得，8号功能模块为采用组分包括溴甲酚紫和硅凝胶的8号染料涂覆制得，9号功能模块为采用组分包括氯酚红和硅凝胶的9号染料涂覆制得，10号功能模块为采用组分包括溴百里酚蓝和硅凝胶的10号染料涂覆制得，11号功能模块为采用组分包括甲酚红和硅凝胶的11号染料涂覆制得，12号功能模块为采用组分包括荧光素和硅凝胶的12号染料涂覆制得，13号功能模块为采用组分包括百里酚蓝和硅凝胶的13号染料涂覆制得，14号功能模块为采用组分包括赖卡特染料和四甘醇的14号染料涂覆制得，15号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和四甘醇的15号染料涂覆制得，16号功能模块为采用组分包括氯酚红和四甘醇的16号染料涂覆制得，17号功能模块为采用组分包括甲基红和四甘醇的17号染料涂覆制得，18号功能模块为采用组分包括尼罗红和四甘醇的18号染料涂覆制得，19号功能模块为采用组分包括孔雀石绿和四甘醇的19号染料涂覆制得，20号功能模块为采用组分包括钴卟啉、氯苯和醚的20号染料涂覆制得，21号功能模块为采用组分包括锌卟啉、氯苯和醚的21号染料涂覆制得，22号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的22号染料涂覆制得，23号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的23号染料涂覆制得，24号功能模块为采用组分包括溴酚蓝、四甘醇和氢氧化钠的24号染料涂覆制得，25号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和氢氧化钠的25号染料涂覆制得，26号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇和氢氧化钠的26号染料涂覆制得，27号功能模块为采用组分包括罗丹明B、四甘醇和氢氧化钠的27号染料涂覆制得，28号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和对甲基苯磺酸的28号染料涂覆制得，29号功能模块为采用组分包括百里酚蓝、四甘醇和对甲基苯磺酸的29号染料涂覆制得，30号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇、氢氧化钠和聚乙二醇的30号染料涂覆制得，31号功能模块为采用组分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯肼和三丁基锡的31号染料涂覆制得，32号功能模块为采用组分包括溴酚红、二甲基甲酰胺、二硝基苯肼和三丁基锡的32号染料涂覆制得，33号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和无水乙醇的33号染料涂覆制得，34号功能模块为采用组分包括尼罗红和无水乙醇的34号染料涂覆制得，35号功能模块为采用组分包括氯酚红、无水乙醇和氢氧化钠的35号染料涂覆制得，36号功能模块为采用组分包括甲酚红、无水乙醇和氢氧化钠的36号染料涂覆制得；3)在红绿蓝三基色原理的基础上，分别将步骤2)得到的芯片与各个标准气体样品反应后采集的图像对反应前采集的图像进行数字减影，得到各个标准气体样品的差谱图及其对应的108维差值矢量结果，所述108维为芯片上的36个功能模块×3个基色通道数据，其中，任一功能模块的任一个基色通道数据为1维；4)采用主成分分析和费氏线性判别分析法对步骤3)得到的各个标准气体样品的108维差值矢量结果进行运算分析，得到各个标准气体样品的分析结果；5)采用所述可视化阵列芯片对未知气体样品进行检测，选用连接有进气管和出气管的反应室，从进气管处向反应室内通入惰性气体，从出气管中排出进气管和反应室中的空气，进行排气处理，将所述可视化阵列芯片放入排气后的反应室内，采集芯片在反应前的图像，从所述进气管中通入未知气体样品，采集所述芯片反应后的图像，基于红绿蓝三基色原理，将芯片反应后的图像对反应前的图像进行数字减影，采用主成分分析和费氏线性判别分析法对数字减影后得到的差值矢量结果进行分析，将未知气体样品的分析结果与步骤4)得到的各个标准气体样品的分析结果进行模式识别，分析得出所述未知气体样品的气体种类；1～3号染料分别为以溴甲酚绿、甲酚红和亮黄为溶质，以1号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述1号溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和A溶液按照3～5:1～2:1～2的体积比混合而得，所述A溶液为1～5mmol/L的巯基苯硼酸修饰纳米金溶液；4～7号染料分别为以溴酚红、尼罗红、分散橙1和锌卟啉为溶质，以2号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述2号溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和B溶液按照3～5:1～2:1～2的体积比混合而得，所述B溶液为10～30mmol/L的纳米金溶液；8～13号染料分别为以溴甲酚紫、氯酚红、溴百里酚蓝、甲酚红、荧光素和百里酚蓝为溶质，以硅凝胶溶液为溶剂配制的混合溶液；14～19号染料分别为以赖卡特染料、溴甲酚绿、氯酚红、甲基红、尼罗红和孔雀石绿为溶质，以质量浓度为10～30％的四甘醇为溶剂配制的混合溶液；20～21号染料分别为以钴卟啉和锌卟啉为溶质，以质量浓度为10～30％氯苯和醚为溶剂配制的混合溶液，其中，所述氯苯与醚的体积比为9～10:1～2；22～23号染料均为以氯酚红为溶质，以3号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述3号溶液由四甘醇溶液和氢氧化钠溶液按照50～100:1～2的体积比混合配制得，其中，所述四甘醇溶液由甲氧基乙醇和四甘醇以9～10：1～2的体积比混合而得，所述氢氧化钠溶液以氢氧化钠为溶质，以甲氧基乙醇为溶剂配制而得，所述氢氧化钠在甲氧基乙醇中的浓度为1～5mol/L；24号染料为以溴酚蓝为溶质，以所述3号溶液为溶剂配制的混合溶液；25号染料为以溴酚红为溶剂，以所述3号溶液为溶剂配制的混合溶液；26号染料为以甲酚红为溶质，以4号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述4号溶液由所述四甘醇溶液和所述氢氧化钠溶液按照20～40:1～2的体积比混合配制得；27号染料为以罗丹明B为溶质，以5号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述5号溶液由所述四甘醇溶液和所述氢氧化钠溶液按照按照45～90：1～2的体积比混合而得；28～29号染料分别为以溴酚红和百里酚蓝为溶质，以6号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述6号溶液由对甲基苯磺酸和所述四甘醇溶液按照1～2：50～100的质量体积比混合而得；30号染料为以甲酚红为溶质，以7号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述7号溶液由所述四甘醇溶液、所述氢氧化钠溶液和PEG‑100按照20～40：1～2：20～40的质量体积比混合而得；31～32号染料分别为以分散橙1和溴酚红为溶质，以8号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述8号溶液由二甲基甲酰胺、0.2～0.4g/mL的二硝基苯肼水溶液、体积浓度为8～16％的三丁基锡水溶液和水以1～2：2～4：3～6：1～2的体积比混合而得；33～34号染料分别为以溴甲酚绿和尼罗红为溶质，以无水乙醇为溶剂配制的混合溶液；35～36号染料分别为以氯酚红和甲酚红为溶质，以9号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述9号溶液由无水乙醇和质量浓度为4～8％的氢氧化钠溶液以20～50:1的体积比混合而得。