無論是公共安全、公安技術(shù)偵查還是環(huán)境監(jiān)測，都離不開高靈敏度的氣體檢測儀器。目前，實驗室內(nèi)常用的氣體檢測儀器為氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀等，但由于這類儀器體積較大、不便攜帶，因此無法滿足現(xiàn)場分析和檢測的需求。相比之下，體積小、檢測快、反應(yīng)靈敏的聲表面波氣相色譜更適用于現(xiàn)場檢測。長期以來，該儀器設(shè)備一直依靠進口。不過，近期中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心研究員何世堂團隊完成了聲表面波氣相色譜儀的研制，實現(xiàn)了該類儀器的國產(chǎn)化。

聲表面波是英國物理學(xué)家瑞利(Rayleigh)在19世紀80 年代研究地震波的過程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡ǎ暠砻娌庀嗌V儀是本世紀初期才發(fā)展起來的新型現(xiàn)場快速氣體分析技術(shù)。它可以利用氣象色譜原理實現(xiàn)復(fù)雜氣體組分的分離，在復(fù)雜背景大氣環(huán)境下進行氣體分析，再利用聲表面波檢測器實現(xiàn)組分的定性和定量分析，能夠有效避免不同氣體組分之間的互相干擾，實現(xiàn)痕量氣體的廣譜(揮發(fā)和半揮發(fā)性有機物)、快速(<1分鐘)、高靈敏度(ppb~ppt級)分析。
 
　　聲表面波傳感器利用氣體作為聲波的負載效應(yīng)而引起聲波傳播速度的變化，從而引起頻率的變化來進行定量檢測。傳統(tǒng)氣相色譜儀分析時間一般在幾十分鐘到一個小時，而聲表面波氣相色譜儀僅需1分鐘，大大提升了氣體分析的效率。憑借強大的氣體組分分離檢測技術(shù)，聲表面波氣相色譜儀的靈敏度也很高，很適用于復(fù)雜的氣體環(huán)境。此外，該類儀器的體積往往很小，可以做成便攜式的現(xiàn)場檢測儀器。而正是它的高效、高靈敏度和輕巧便攜，使其被廣泛應(yīng)用于爆炸物、水污染、有毒害氣體等多種物質(zhì)的檢測，在公共安全、環(huán)境監(jiān)測、食品和藥品檢測等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。
 
　　基于此，中科院聲學(xué)所的何世堂團隊對聲表面波氣相色譜儀的研制進行了深入研究，理論分析其響應(yīng)機理并計算質(zhì)量檢測下限，設(shè)計出儀器的核心部件——聲表面波(SAW)檢測器，并分析SAW檢測器表面不同區(qū)域的靈敏度，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化檢測器及檢測器與分離系統(tǒng)的對接參數(shù)。與此同時，研究團隊還設(shè)計出進樣富集和色譜分離系統(tǒng)、聲表面波檢測系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等多個分系統(tǒng)，從而成功研制出聲表面波氣相色譜儀樣機。
 
　　據(jù)了解，這款樣機的檢測下限降低至國外同類儀器的一半，相當(dāng)于性能提高了一倍。在應(yīng)用方面，該樣機除了可以支持爆炸物、毒品、人體氣味、水污染等檢測，還有望為中藥成分提供檢測功能，為中藥質(zhì)量監(jiān)管提供技術(shù)支撐。相信未來，研究團隊將不僅提升聲表面波氣相色譜儀的檢測精度和效率，還將擴展以及深化應(yīng)用領(lǐng)域，研制出可以投入產(chǎn)業(yè)化的國產(chǎn)儀器。

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