近年來，隨著安全、環(huán)境、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域現(xiàn)場分析需求的不斷增長，分析儀器的微型化研究也日益迫切與重要。微型氣相色譜儀具有體積小、功耗低及制作和維護(hù)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為在提供有效的現(xiàn)場氣體分析解決方案方面具有巨大潛力。自上世紀(jì)以來, 該領(lǐng)域研究一直受到研究人員的廣泛關(guān)注。

天津大學(xué)屈賀冪、段學(xué)欣近期在Science China Materials上發(fā)表綜述文章，介紹微型氣相色譜儀，并著重對可用于微型氣相色譜的微型檢測器的最新研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。這些進(jìn)展包括常規(guī)檢測器的小型化研究和新型微氣相色譜檢測器的研究。

作者首先就檢測器的幾個主要性能指標(biāo)做了介紹，包括靈敏度、探測度、探測極限、噪聲問題以及動態(tài)范圍，這些都是檢測器的重要性能參數(shù)。

圖1 微型火焰離子化檢測儀

隨后，作者介紹了微型火焰離子化檢測儀。火焰離子化檢測儀，是一種高靈敏度通用型檢測器，它幾乎對所有的有機(jī)物都有響應(yīng)，而對無機(jī)物、惰性氣體或火焰中不解離的物質(zhì)等無響應(yīng)或響應(yīng)很小。FID的靈敏度比熱導(dǎo)檢測器高100~10000倍，檢測限達(dá)10~13 g/s，對溫度不敏感，響應(yīng)快，適合連接開管柱進(jìn)行復(fù)雜樣品的分離，是氣體色譜檢測儀中對烴類靈敏度最好的一種手段。

微型熱導(dǎo)檢測儀是一種以傳統(tǒng)熱導(dǎo)檢測儀為基礎(chǔ)的小型化檢測器件。近年來，盡管在許多方面它已被更靈敏更專屬性的各種檢測器所取代，但是由于它具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度適宜，線性范圍寬，對各種能作色譜的物質(zhì)都有響應(yīng)，最適合作微量分析（ppm級）。

圖2 光離子化檢測器

光離子化檢測器可以檢測極低濃度(ppm量級) 的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和其它有毒氣體。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)事故中檢測到的有害物質(zhì)基本上都以VOC為主，因而對VOC檢測具有極高靈敏度的光離子化檢測器就在應(yīng)急事故檢測中有著無法替代的用途。近年來，用于VOC在線連續(xù)監(jiān)測的PID技術(shù)也在研究和不斷探索中。

壓電諧振型微傳感器是目前新興的一大類化學(xué)檢測裝置。作者從表面聲波傳感器、薄膜聲波傳感器、納米電機(jī)械傳感系統(tǒng)三個部分進(jìn)行了介紹。

此外，文章還介紹了微型等離子體探測器、法布里-珀羅腔傳感器、光學(xué)微環(huán)傳感器、化學(xué)電容型傳感器、化學(xué)電阻型傳感器等新型傳感器件。

最后，作者對目前微型傳感器件的發(fā)展做了展望。作者認(rèn)為，雖然目前各類檢測系統(tǒng)已經(jīng)被商業(yè)化開發(fā)，但是手持型在線監(jiān)測系統(tǒng)還沒有進(jìn)入市場。針對目前在呼吸氣體檢測、空間探索、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測、以及戰(zhàn)場檢測等領(lǐng)域的需求，新一代微型氣相色譜儀還需要在尺寸、性能和制造工藝方面進(jìn)行進(jìn)一步探索。

該研究成果最近發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9389-0。