一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法技術

本發明專利技術提供一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，分別取本發明專利技術可檢測的化合物揮發氣體中單獨一種或多種混合，制成若干個標準氣體樣品，采用可視化陣列芯片對各個標準氣體進行分析檢測，采取芯片在與標準氣體反應前和反應后的圖像，在紅綠藍三基色原理的基礎上，將得到的各個標準氣體樣品與芯片反應后的圖像對反應前圖像進行數字減影，對得到的差值矢量結果進行主成分分析和費氏線性判別分析，得各個標準氣體樣品的分析結果，采用同樣的處理和分析方法對未知氣體樣品進行檢測，將未知氣體樣品的分析結果與標準氣體的分析結果進行模式識別，分析出未知氣體樣品的氣體種類。本發明專利技術方法具檢測靈敏度高、檢出限低、準確率高、檢測快速的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于氣敏型可視化陣列芯片
，具體涉及一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法。
技術介紹
基于可視化交叉響應陣列的呼氣分析技術可對單一物質或混合物(如呼出氣體等)給出獨特的綜合響應模式，混合物組分不同，交叉響應的結果就會顯示出差異。將該技術與模式識別算法結合，可容易地識別和區分待檢測樣品中含有某一種或幾種氣體，進行待檢測樣品的分析檢測。然而現有的基于可視化交叉響應陣列的呼氣分析技術，由于作為核心部件的陣列芯片多依賴于傳感器和分析物間較弱的分子間相互作用，例如范德瓦爾斯力和物理吸附作用，分子間相互作用較單一，可探測的化學性質非常有限，不僅限制了檢測低濃度化合物的靈敏度，而且限制了它們區分各種化合物時的選擇性；此外，現有技術中芯片受環境濕度影響較大，因此檢測靈敏度和準確度不高，有時候甚至會出現誤判現象。不僅如此，現有的可視化陣列芯片檢測方法僅能分析含有幾種混合成分的樣品，而對含有較多種混合成分的樣品無法進行檢測，現有檢測方法檢測前需要對樣品進行前處理步驟，檢測步驟繁瑣，檢測時間較長。基于上述原因，現有的基于可視化交叉響應陣列的呼氣分析技術還存在一定的不足之處。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術要解決的技術問題是：針對現有基于可視化交叉響應陣列的呼氣分析技術中傳感器和分析物間較弱的分子間相互作用較為單一、可檢測的化學性質有限、靈敏度和準確度低、需要經過復雜的樣品前處理步驟、檢測時間較長的技術問題，而提供一種檢測限低、可檢測的化學物質多、檢出限低、靈敏度和準確度高、檢測方法易于操作的采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法。為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，包括如下步驟：1)在苯、甲苯、對二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2-戊酮、四氫呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1-己烯、異戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物的共26種揮發氣體中，按照單獨取每種、取所有情形的兩種混合、取所有情形的三種混合、……取所有情形的二十四種混合、取所有情形的二十五種混合、取所有情形的二十六種混合的方式，由此制備得個標準氣體樣品；2)采用下述可視化陣列芯片分別對步驟1)制備的各個標準氣體樣品進行分析檢測，每一個標準氣體樣品的分析檢測中選擇連接有進氣管和出氣管的反應室，從進氣管處向反應室內通入惰性氣體，從出氣管中排出進氣管和反應室中的空氣，進行排氣處理，將所述可視化陣列芯片放入排氣后的反應室內，采集芯片在反應前的圖像，從所述進氣管通入所述標準氣體樣品，使標準氣體與芯片間發生反應，待反應平衡后，采集芯片在反應后的圖像；其中，所述可視化陣列芯片包括基材，在基材上按照陣列排布方式設置有1～36號功能模塊；其中，1號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的1號染料涂覆制得，2號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的2號染料涂覆制得，3號功能模塊為采用組分包括亮黃、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的3號染料涂覆制得，4號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的4號染料涂覆制得，5號功能模塊為采用組分包括尼羅紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的5號染料涂覆制得，6號功能模塊為采用組分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的6號染料涂覆制得，7號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的7號染料涂覆制得，8號功能模塊為采用組分包括溴甲酚紫和硅凝膠的8號染料涂覆制得，9號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和硅凝膠的9號染料涂覆制得，10號功能模塊為采用組分包括溴百里酚藍和硅凝膠的10號染料涂覆制得，11號功能模塊為采用組分包括甲酚紅和硅凝膠的11號染料涂覆制得，12號功能模塊為采用組分包括熒光素和硅凝膠的12號染料涂覆制得，13號功能模塊為采用組分包括百里酚藍和硅凝膠的13號染料涂覆制得，14號功能模塊為采用組分包括賴卡特染料和四甘醇的14號染料涂覆制得，15號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和四甘醇的15號染料涂覆制得，16號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和四甘醇的16號染料涂覆制得，17號功能模塊為采用組分包括甲基紅和四甘醇的17號染料涂覆制得，18號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和四甘醇的18號染料涂覆制得，19號功能模塊為采用組分包括孔雀石綠和四甘醇的19號染料涂覆制得，20號功能模塊為采用組分包括鈷卟啉、氯苯和醚的20號染料涂覆制得，21號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、氯苯和醚的21號染料涂覆制得，22號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的22號染料涂覆制得，23號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的23號染料涂覆制得，24號功能模塊為采用組分包括溴酚藍、四甘醇和氫氧化鈉的24號染料涂覆制得，25號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的25號染料涂覆制得，26號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的26號染料涂覆制得，27號功能模塊為采用組分包括羅丹明B、四甘醇和氫氧化鈉的27號染料涂覆制得，28號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和對甲基苯磺酸的28號染料涂覆制得，29號功能模塊為采用組分包括百里酚藍、四甘醇和對甲基苯磺酸的29號染料涂覆制得，30號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇、氫氧化鈉和聚乙二醇的30號染料涂覆制得，31號功能模塊為采用組分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的31號染料涂覆制得，32號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的32號染料涂覆制得，33號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和無水乙醇的33號染料涂覆制得，34號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和無水乙醇的34號染料涂覆制得，35號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的35號染料涂覆制得，36號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的36號染料涂覆制得；3)在紅綠藍三基色原理的基礎上，分別將步驟2)得到的芯片與各個標準氣體樣品反應后采集的圖像對反應前采集的圖像進行數字減影，得到各個標準氣體樣品的差譜圖及其對應的108維差值矢量結果，所述108維為芯片上的36個功能模塊×3個基色通道數據，其中，任一功能模塊的任一個基色通道數據為1維；4)采用主成分分析和費氏線性判別分析法對步驟3)得到的各個標準氣體樣品的108維差值矢量結果進行運算分析，得到各個標準氣體樣品的分析結果；5)采用所述可視化陣列芯片對未知氣體樣品進行檢測，選用連接有進氣管和出氣管的反應室，從進氣管處向反應室內通入惰性氣體，從出氣管中排出進氣管和反應室中的空氣，進行排氣處理，將所述可視化陣列芯片放入排氣后的反應室內，采集芯片在反應前的圖像，從所述進氣管中通入未知氣體樣品，采集所述芯片反應后的圖像，基于紅綠藍三基色原理，將芯片反應后的圖像對反應前的圖像進行數字減影，采用主成分分析和費氏線性判別分析法對數字減影后得到的差值矢量結果進行分析，將未知氣體樣品的分析結果與步驟4)得到的各個標準氣體樣品的分析結果進行模式識別，分析得出所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在苯、甲苯、對二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2?戊酮、四氫呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1?己烯、異戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物的共26種揮發氣體中，按照單獨取每種、取所有情形的兩種混合、取所有情形的三種混合、……取所有情形的二十四種混合、取所有情形的二十五種混合、取所有情形的二十六種混合的方式，由此制備得個標準氣體樣品；2)采用下述可視化陣列芯片分別對步驟1)制備的各個標準氣體樣品進行分析檢測，每一個標準氣體樣品的分析檢測中選擇連接有進氣管和出氣管的反應室，從進氣管處向反應室內通入惰性氣體，從出氣管中排出進氣管和反應室中的空氣，進行排氣處理，將所述可視化陣列芯片放入排氣后的反應室內，采集芯片在反應前的圖像，從所述進氣管通入所述標準氣體樣品，使標準氣體與芯片間發生反應，待反應平衡后，采集芯片在反應后的圖像；其中，所述可視化陣列芯片包括基材，在基材上按照陣列排布方式設置有1～36號功能模塊；其中，1號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的1號染料涂覆制得，2號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的2號染料涂覆制得，3號功能模塊為采用組分包括亮黃、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的3號染料涂覆制得，4號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的4號染料涂覆制得，5號功能模塊為采用組分包括尼羅紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的5號染料涂覆制得，6號功能模塊為采用組分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的6號染料涂覆制得，7號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的7號染料涂覆制得，8號功能模塊為采用組分包括溴甲酚紫和硅凝膠的8號染料涂覆制得，9號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和硅凝膠的9號染料涂覆制得，10號功能模塊為采用組分包括溴百里酚藍和硅凝膠的10號染料涂覆制得，11號功能模塊為采用組分包括甲酚紅和硅凝膠的11號染料涂覆制得，12號功能模塊為采用組分包括熒光素和硅凝膠的12號染料涂覆制得，13號功能模塊為采用組分包括百里酚藍和硅凝膠的13號染料涂覆制得，14號功能模塊為采用組分包括賴卡特染料和四甘醇的14號染料涂覆制得，15號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和四甘醇的15號染料涂覆制得，16號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和四甘醇的16號染料涂覆制得，17號功能模塊為采用組分包括甲基紅和四甘醇的17號染料涂覆制得，18號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和四甘醇的18號染料涂覆制得，19號功能模塊為采用組分包括孔雀石綠和四甘醇的19號染料涂覆制得，20號功能模塊為采用組分包括鈷卟啉、氯苯和醚的20號染料涂覆制得，21號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、氯苯和醚的21號染料涂覆制得，22號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的22號染料涂覆制得，23號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的23號染料涂覆制得，24號功能模塊為采用組分包括溴酚藍、四甘醇和氫氧化鈉的24號染料涂覆制得，25號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的25號染料涂覆制得，26號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的26號染料涂覆制得，27號功能模塊為采用組分包括羅丹明B、四甘醇和氫氧化鈉的27號染料涂覆制得，28號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和對甲基苯磺酸的28號染料涂覆制得，29號功能模塊為采用組分包括百里酚藍、四甘醇和對甲基苯磺酸的29號染料涂覆制得，30號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇、氫氧化鈉和聚乙二醇的30號染料涂覆制得，31號功能模塊為采用組分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的31號染料涂覆制得，32號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的32號染料涂覆制得，33號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和無水乙醇的33號染料涂覆制得，34號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和無水乙醇的34號染料涂覆制得，35號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的35號染料涂覆制得，36號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的36號染料涂覆制得；3)在紅綠藍三基色原理的基礎上，分別將步驟2)得到的芯片與各個標準氣體樣品反應后采集的圖像對反應前采集的圖像進行數字減影，得到各個標準氣體樣品的差譜圖及其對應的108維差值矢量結果，所述108維為芯片上的36個功能模塊×3個基色通道數據，其中，任一功能模塊的任一個基色通道數據為1維；4)采用主成分分析和費氏線性判別分析法對步驟3)得到的各個標...

【技術特征摘要】
1.一種采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在苯、甲苯、對二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2-戊酮、四氫呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1-己烯、異戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物的共26種揮發氣體中，按照單獨取每種、取所有情形的兩種混合、取所有情形的三種混合、……取所有情形的二十四種混合、取所有情形的二十五種混合、取所有情形的二十六種混合的方式，由此制備得個標準氣體樣品；2)采用下述可視化陣列芯片分別對步驟1)制備的各個標準氣體樣品進行分析檢測，每一個標準氣體樣品的分析檢測中選擇連接有進氣管和出氣管的反應室，從進氣管處向反應室內通入惰性氣體，從出氣管中排出進氣管和反應室中的空氣，進行排氣處理，將所述可視化陣列芯片放入排氣后的反應室內，采集芯片在反應前的圖像，從所述進氣管通入所述標準氣體樣品，使標準氣體與芯片間發生反應，待反應平衡后，采集芯片在反應后的圖像；其中，所述可視化陣列芯片包括基材，在基材上按照陣列排布方式設置有1～36號功能模塊；其中，1號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的1號染料涂覆制得，2號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的2號染料涂覆制得，3號功能模塊為采用組分包括亮黃、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巰基苯硼酸修飾納米金的3號染料涂覆制得，4號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的4號染料涂覆制得，5號功能模塊為采用組分包括尼羅紅、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的5號染料涂覆制得，6號功能模塊為采用組分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的6號染料涂覆制得，7號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和納米金的7號染料涂覆制得，8號功能模塊為采用組分包括溴甲酚紫和硅凝膠的8號染料涂覆制得，9號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和硅凝膠的9號染料涂覆制得，10號功能模塊為采用組分包括溴百里酚藍和硅凝膠的10號染料涂覆制得，11號功能模塊為采用組分包括甲酚紅和硅凝膠的11號染料涂覆制得，12號功能模塊為采用組分包括熒光素和硅凝膠的12號染料涂覆制得，13號功能模塊為采用組分包括百里酚藍和硅凝膠的13號染料涂覆制得，14號功能模塊為采用組分包括賴卡特染料和四甘醇的14號染料涂覆制得，15號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和四甘醇的15號染料涂覆制得，16號功能模塊為采用組分包括氯酚紅和四甘醇的16號染料涂覆制得，17號功能模塊為采用組分包括甲基紅和四甘醇的17號染料涂覆制得，18號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和四甘醇的18號染料涂覆制得，19號功能模塊為采用組分包括孔雀石綠和四甘醇的19號染料涂覆制得，20號功能模塊為采用組分包括鈷卟啉、氯苯和醚的20號染料涂覆制得，21號功能模塊為采用組分包括鋅卟啉、氯苯和醚的21號染料涂覆制得，22號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的22號染料涂覆制得，23號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的23號染料涂覆制得，24號功能模塊為采用組分包括溴酚藍、四甘醇和氫氧化鈉的24號染料涂覆制得，25號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的25號染料涂覆制得，26號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇和氫氧化鈉的26號染料涂覆制得，27號功能模塊為采用組分包括羅丹明B、四甘醇和氫氧化鈉的27號染料涂覆制得，28號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、四甘醇和對甲基苯磺酸的28號染料涂覆制得，29號功能模塊為采用組分包括百里酚藍、四甘醇和對甲基苯磺酸的29號染料涂覆制得，30號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、四甘醇、氫氧化鈉和聚乙二醇的30號染料涂覆制得，31號功能模塊為采用組分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的31號染料涂覆制得，32號功能模塊為采用組分包括溴酚紅、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基錫的32號染料涂覆制得，33號功能模塊為采用組分包括溴甲酚綠和無水乙醇的33號染料涂覆制得，34號功能模塊為采用組分包括尼羅紅和無水乙醇的34號染料涂覆制得，35號功能模塊為采用組分包括氯酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的35號染料涂覆制得，36號功能模塊為采用組分包括甲酚紅、無水乙醇和氫氧化鈉的36號染料涂覆制得；3)在紅綠藍三基色原理的基礎上，分別將步驟2)得到的芯片與各個標準氣體樣品反應后采集的圖像對反應前采集的圖像進行數字減影，得到各個標準氣體樣品的差譜圖及其對應的108維差值矢量結果，所述108維為芯片上的36個功能模塊×3個基色通道數據，其中，任一功能模塊的任一個基色通道數據為1維；4)采用主成分分析和費氏線性判別分析法對步驟3)得到的各個標準氣體樣品的108維差值矢量結果進行運算分析，得到各個標準氣體樣品的分析結果；5)采用所述可視化陣列芯片對未知氣體樣品進行檢測，選用連接有進氣管和出氣管的反應室，從進氣管處向反應室內通入惰性氣體，從出氣管中排出進氣管和反應室中的空氣，進行排氣處理，將所述可視化陣列芯片放入排氣后的反應室內，采集芯片在反應前的圖像，從所述進氣管中通入未知氣體樣品，采集所述芯片反應后的圖像，基于紅綠藍三基色原理，將芯片反應后的圖像對反應前的圖像進行數字減影，采用主成分分析和費氏線性判別分析法對數字減影后得到的差值矢量結果進行分析，將未知氣體樣品的分析結果與步驟4)得到的各個標準氣體樣品的分析結果進行模式識別，分析得出所述未知氣體樣品的氣體種類。2.根據權利要求1所述采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，每一個所述標準氣體樣品準備至少5份，對每一份標準氣體樣品均采用與步驟2)和3)相同的處理方法處理獲得108維差值矢量結果，將處理得到的其中某幾份108維差值矢量結果作為訓練集，剩余份的108維差值矢量結果作為驗證集，采用主成分分析和費氏線性判別分析法分別對訓練集進行運算分析，得到各個標準氣體樣品的分析結果識別模型，采用驗證集對采用訓練集數據構建的識別模型進行驗證。3.根據權利要求2所述采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，將其中2/3份108維差值矢量結果作為訓練集，將剩余1/3份的108維差值矢量結果作為驗證集。4.根據權利要求1所述采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣。5.根據權利要求1所述采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，所述可視化陣列芯片的基材材質為疏水性膜。6.根據權利要求1所述采用可視化陣列芯片進行氣體分析的方法，其特征在于，1～3號染料分別為以溴甲酚綠、甲酚紅和亮黃為溶質，以1號溶液為溶劑配制的混合溶液，所述1號溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和A溶液按照3～5:1～2:1～2的體積比混合而得，所述A溶液為1～5mmol/L的巰基苯硼酸修飾納米金溶液；4～7號染料分別為以溴酚紅、尼羅紅、分散橙1和鋅卟啉為溶質，以2號溶液為溶劑配制的混合溶液，所述2號溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和B溶液按照3～5:1～2:1～2的體積比混合而得，所述B溶液為10～30mmol/L的納米金溶液；8～13號染料分別為以溴甲酚紫、氯酚紅、溴百里酚藍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯長軍，鐘先華，霍丹群，法煥寶，羅小剛，楊眉，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;50