声波气体传感器

在各种检测手段中，声波气体传感器，由于其自身的优越性而引起了人们的广泛关注[28]。声波气体传感器是根据涂覆在声波传播路径上的敏感膜吸附气体分子，使声波传播特性发生改变，从而实现对气体的检测[29]。许多不同类型的声波器件被用于气体传感器中，例如体声波（Bulk Acoustic Wave，BAW，又叫厚度切变模式声传感器（TSM）和石英晶体微量天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM））[30-32]、表面声波（Surface AcousticWave，SAW）[33-34]、表面横波（Surface Transverse Wave，STW）[35-36]、水平剪切声平板波（Shear Horizontal Acoustic Plate Mode，SH-APM）[37]等。

这些声波器件最大的区别在于器件的设计（如压电薄膜的材料和厚度），声波的传播方向，衬底上粒子位移方向和振幅等。各种选择性吸附气体的敏感膜涂覆在声波器件的表面上，吸附气体后导致在传递过程中声波的参数发生变化，测量变化量即可得到被分析物的（质量和浓度等）相关信息。

声波气体传感器具有结构简单、体积小、成本低、响应时间短、灵敏度高、可靠性好等优点，广泛应用于分析化学、环境监测以及现场气体检测等方面。JCAD SAW综合化学战剂传感器已于2000年后批量装备部队。

美国电子传感器技术公司推出了用于环境监测的4100型手持式SAW气体传感器，于1998年通过美国EPA认证。后又推出Z-NOSE新型气相色谱-电子鼻GC/SAW联用技术，该技术是基于传统快速毛细管色谱技术与高灵敏的声学传感器相结合的一种高科技产品。这种声学传感器实际上包含了上百种没有重叠的传感器组，它们组成了高效表面声波（SAW）谐振感应检测器。它可以利用微小精确的物理排列的多个传感器，针对不同的化学蒸发物提供相应的可识别的蒸汽指纹图“VaporPrints”。这种技术检测速度快（10s），灵敏度高，可以将色谱峰量化到pg级水平。且色谱峰宽以毫秒计算。

对于液体或土壤样品，可以用专门的开管式解析器（OTD），先解析出样品蒸汽，然后用采样泵和样品环（TRAP）通过吸附和解析的方式导入进样口，再通过色谱柱进行分离，最后到SAW检测器进行定性、定量分析。

气体样品，直接通过泵及样品环进行同样的处理和分析即可。

目前，这项新的Z-NOSE（GC/SAW）技术已经成为美国环保署（USEPA）和美国国家药品管理署（ONDCP）认可的电子鼻技术。这种技术的最大特点就是速度快，灵敏度高，可以在野外现场在线完成目的物的快速测定。目前已广泛地应用在食品、饮料、化妆品行业的产品监控，特别是用于环境污染物、爆炸性原料、毒品等挥发和半挥发化合物的分析和检测中[38]。该仪器已进入我国市场，售价高达60万元。但国内对于声波型气体传感器的研究还处于起步阶段。