智能氣體傳感器探測化學(xué)藥品靈敏度更高

據(jù)美國媒體報(bào)道，美國密歇根大學(xué)研究人員正在開發(fā)一種便攜式可調(diào)節(jié)的二維微型氣體色譜儀，能識(shí)別并檢測化學(xué)氣體成分，更加靈敏智能，可用于探測爆炸物、化學(xué)武器揮發(fā)氣體，還能通過病人的呼吸診斷病情，偵查礦井是否安全等。儀器也非常節(jié)能，對(duì)礦井作業(yè)和偏僻地區(qū)醫(yī)療室具有很大優(yōu)勢。相關(guān)論文近日發(fā)表在《分析化學(xué)》雜志上。

該校生物醫(yī)學(xué)工程系教授范旭東(音譯)解釋說，揮發(fā)氣體中的各種成分就像一團(tuán)團(tuán)微小的云重疊在一起，檢測之前要把它們分開，而在揮發(fā)性混合氣體中，要識(shí)別各種成分非常困難。目前大部分傳感器是讓混合氣體依次通過兩個(gè)試管，第一個(gè)試管內(nèi)涂有一層聚合物，會(huì)減緩較重分子速度，大致把各種氣體按重量分開。

研究人員正在開發(fā)的傳感器在分離各種化學(xué)成分方面更有效。讓氣體先通過第一個(gè)試管獲得初步線索，然后用一個(gè)泵和壓縮機(jī)從第一個(gè)試管中收集氣體，間隔規(guī)律地送入第二個(gè)試管中，進(jìn)行第二道檢測。第二個(gè)試管內(nèi)涂有一層極化聚合物，一端帶正電另一端帶負(fù)電，會(huì)減慢那些被極化了的氣體分子的速度，未極化的分子能以更快速度通過。根據(jù)這些信息，研究人員就能識(shí)別出氣體中的化學(xué)成分。再給這套系統(tǒng)加上一個(gè)決策裝置并連接計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)能看到各種化學(xué)成分逐步分離的整個(gè)過程。

在決策裝置引導(dǎo)下，一小團(tuán)云完全通過后，壓縮機(jī)才能再次運(yùn)作，這種方法能讓同一種分子聚集在一起，分析數(shù)據(jù)更容易。第二道檢測過程還可以增加一個(gè)輪換試管，讓氣體更快通過，此時(shí)決策裝置還充當(dāng)“接線員”，當(dāng)一個(gè)試管正“忙”時(shí)就把氣體送入另一個(gè)試管。這樣氣體從第一個(gè)試管出來進(jìn)入二道檢測試管時(shí)就不會(huì)停頓。

二道檢測試管還可以專門定做，用不同涂層做成各種長度的試管來分離特殊氣體，比如一種專用分子“熱線”，可以探測某些特殊分子。范旭東說：“如果懷疑某地有化學(xué)武器泄露，我們就送一批這種專用分子‘熱線’過去，能極靈敏地識(shí)別出這些成分。”

目前，研究小組已經(jīng)證明了新裝置能在兩個(gè)檢測試管之間分配氣體，智能傳感器能識(shí)別包含20種不同成分的化學(xué)氣體，以及植物釋放的混合物成分。

無論是探查爆炸物、化學(xué)武器，還是監(jiān)測礦井安全，對(duì)于化學(xué)氣體檢測儀器而言，最重要的一條就是靈敏度。如果不能迅速準(zhǔn)確地檢查出目標(biāo)物，即使是再尖端的技術(shù)也可以說意義不大。本文介紹的這套儀器一方面能使不同分子盡可能分開并分別聚集，另一方面通過輪換試管和定做試管的方式使檢測過程更加高效和具有針對(duì)性，這些都是強(qiáng)化靈敏度的關(guān)鍵因素。與此同時(shí)，這種儀器似乎并不復(fù)雜，也大大提高了它作為實(shí)用技術(shù)進(jìn)行推廣的可能性。