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中國儀器網 科技成果】無論是公共安全、公安技術偵查還是環境監測，都離不開高靈敏度的氣體檢測儀器。目前，實驗室內常用的氣體檢測儀器為
氣相色譜、氣質聯用儀等，但由于這類儀器體積較大、不便攜帶，因此無法滿足現場分析和檢測的需求。相比之下，體積小、檢測快、反應靈敏的聲表面波氣相
色譜更適用于現場檢測。長期以來，該儀器設備一直依靠進口。不過，近期中國科學院聲學研究所超聲技術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，實現了該類儀器的國產化。
氣相色譜
聲表面波是英國物理學家瑞利(Rayleigh)在19世紀80 年代研究地震波的過程中偶爾發現的一種能量集中于地表面傳播的聲波，而聲表面波氣相色譜儀是本世紀初期才發展起來的新型現場快速氣體分析技術。它可以利用氣象色譜原理實現復雜氣體組分的分離，在復雜背景大氣環境下進行氣體分析，再利用聲表面波檢測器實現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，實現痕量氣體的廣譜(揮發和半揮發性有機物)、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，聲表面波氣相色譜儀的靈敏度也很高，很適用于復雜的氣體環境。此外，該類儀器的體積往往很小，可以做成便攜式的現場檢測儀器。而正是它的、高靈敏度和輕巧便攜，使其被廣泛應用于爆炸物、水污染、有毒害氣體等多種物質的檢測，在公共安全、環境監測、食品和藥品檢測等方面擁有廣闊的應用前景。
基于此，中科院聲學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，理論分析其響應機理并計算質量檢測下限，設計出儀器的核心部件——聲表面波(SAW)檢測器，并分析SAW檢測器表面不同區域的靈敏度，根據分析結果優化檢測器及檢測器與分離系統的對接參數。與此同時，研究團隊還設計出進樣富集和色譜分離系統、聲表面波檢測系統、數控系統和輔助系統等多個分系統，從而成功研制出聲表面波氣相色譜儀樣機。
據了解，這款樣機的檢測下限降低至國外同類儀器的一半，相當于性能提高了一倍。在應用方面，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，為中藥質量監管提供技術支撐。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用領域，研制出可以投入產業化的國產儀器。
(本文參考資料：中國科學院、《聲表面波氣相色譜儀及其應用》)
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