可用于微型气相色谱仪的微型检测器研究进展

近年来，随着安全、环境、医疗卫生等领域现场分析需求的不断增长，分析仪器的微型化研究也日益迫切与重要。微型气相色谱仪具有体积小、功耗低及制作和维护成本低等诸多优点，被认为在提供有效的现场气体分析解决方案方面具有巨大潜力。自上世纪以来, 该领域研究一直受到研究人员的广泛关注。

天津大学屈贺幂、段学欣近期在Science China Materials上发表综述文章，介绍微型气相色谱仪，并着重对可用于微型气相色谱的微型检测器的最新研究进展进行总结。这些进展包括常规检测器的小型化研究和新型微气相色谱检测器的研究。

作者首先就检测器的几个主要性能指标做了介绍，包括灵敏度、探测度、探测极限、噪声问题以及动态范围，这些都是检测器的重要性能参数。

图1 微型火焰离子化检测仪

随后，作者介绍了微型火焰离子化检测仪。火焰离子化检测仪，是一种高灵敏度通用型检测器，它几乎对所有的有机物都有响应，而对无机物、惰性气体或火焰中不解离的物质等无响应或响应很小。FID的灵敏度比热导检测器高100~10000倍，检测限达10~13 g/s，对温度不敏感，响应快，适合连接开管柱进行复杂样品的分离，是气体色谱检测仪中对烃类灵敏度最好的一种手段。

微型热导检测仪是一种以传统热导检测仪为基础的小型化检测器件。近年来，尽管在许多方面它已被更灵敏更专属性的各种检测器所取代，但是由于它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应，最适合作微量分析（ppm级）。

图2 光离子化检测器

光离子化检测器可以检测极低浓度(ppm量级) 的挥发性有机化合物（VOC）和其它有毒气体。因为在现实事故中检测到的有害物质基本上都以VOC为主，因而对VOC检测具有极高灵敏度的光离子化检测器就在应急事故检测中有着无法替代的用途。近年来，用于VOC在线连续监测的PID技术也在研究和不断探索中。

压电谐振型微传感器是目前新兴的一大类化学检测装置。作者从表面声波传感器、薄膜声波传感器、纳米电机械传感系统三个部分进行了介绍。

此外，文章还介绍了微型等离子体探测器、法布里-珀罗腔传感器、光学微环传感器、化学电容型传感器、化学电阻型传感器等新型传感器件。

最后，作者对目前微型传感器件的发展做了展望。作者认为，虽然目前各类检测系统已经被商业化开发，但是手持型在线监测系统还没有进入市场。针对目前在呼吸气体检测、空间探索、远程环境监测、以及战场检测等领域的需求，新一代微型气相色谱仪还需要在尺寸、性能和制造工艺方面进行进一步探索。

该研究成果最近发表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9389-0。