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分钟级间歇响应的室内VOCs便携检测技术的目标导向设计策略

挥发性有机物，预浓缩，传感阵列，传感检测

挥发性有机化合物(VOCs)的在线监测技术在环境气体监测、非侵入性疾病诊断和危险品泄漏检测等领域的应用前景广阔。目前VOC在线监测主要面临两大挑战：（1）低浓度下的准确检测；（2）多组分的选择性区分。现有报道的传感器检测限约在ppm水平，仍较难达到低浓度VOC（ppb级）准确定量分析的要求，且通常只能测定单一组分。本文针对低浓度下VOC多组分检测的需求，提出了新型传感系统的设计策略，结合预浓缩与传感阵列实现低浓度多组分的分钟级间歇响应。所提出的预富集传感系统有三个关键步骤：吸附富集、集中解吸和传感检测。本工作总结了各关键步骤的特征及其之间的耦合关系，提出了室内VOCs预浓缩传感系统的目标导向逆向设计方法。根据传感系统的反设计方法，推导出吸附时间t₁、解吸时间t₂与传感器检测响应时间t_r1之间的关系，为预浓缩材料的性能改进提供方向。并依据所提出的理论方法设计了实验台架，对不同吸附材料进行了性能测试，探索了预浓缩传感系统的潜力。