导读

近期，加泰罗尼亚理工大学机械工程系的研究人员开发了一种3D打印微流控气体检测器，用于对车辆内的挥发性有机化合物（VOCs）进行半选择性检测。相关研究以“Enhanced selectivity of a 3D-printed microfluidic gas detector towards different volatile organic compounds (VOCs) for the effective monitoring of indoor air quality in vehicles”为题发表在《Environmental Technology & Innovation》上。

本文看点：

1、本研究旨在研究3D打印微流控气体探测器对车辆车厢内挥发性有机化合物（VOCs）的半选择性检测的可行性。

2、研究结果表明，增加聚合物薄膜的厚度可以提高微通道的吸附能力和选择性。

3、通过分析聚合物与挥发性有机化合物的亲和性，发现Hansen溶解度参数可用于确定聚合物-分析物亲和性对微流控通道中污染物洗脱的影响。

4、研究结果表明，微流控气体探测器在环境监测和车辆安全方面具有潜力，未来研究可探索多个微流控通道的集成以提高选择性。

全文总结/概括：

监测车内空气质量的主要挑战包括：

• 空间有限：车内空间狭小，给监测设备的安装和空气流通带来了挑战，可能导致污染物的积累。

2、污染物浓度快速上升：由于车内空间狭小，通风条件差，空气污染物的浓度会迅速增加到不可接受的水平，从而对乘员的健康和舒适度造成威胁。

• 缺乏监控设备：大多数车辆缺乏监督和监测装置，而这些装置可使车辆高效运行并更好地控制车内环境。

4、环境传感器的成本：环境传感器的高昂成本一直是在车辆中安装监控设备的障碍。

微流控气体检测仪在车辆应用方面具有竞争优势，这主要归功于以下几个关键因素：

1、设计简单紧凑：微流控气体检测器设计简单紧凑，适合安装在车辆内部的狭小空间内。

2、室温操作：这些检测器可在室温下工作，无需额外的加热或冷却系统，这对车辆应用非常有利。

3、无需载气：与传统的气相色谱系统不同，微流控气体检测器的运行不需要载气，从而降低了系统的复杂性和成本。

4、成本效益高：与传统分析方法相比，微流控气体检测器的制造和运行成本要低得多，因此是一种经济高效的车载解决方案。

这些优势使微流控气体检测器成为有效监测车厢内挥发性有机化合物的理想解决方案，有助于改善空气质量和乘员安全。

图1.完整的车内空气质量监测系统的示意图，包括CO2和TVOC浓度的控制，以及不同VOCs的识别。

图2.（a）PDMS（左）和参考（右）微流体通道的不同制造层。（b）SGP40传感器单元对气体暴露的相对响应以及用于比较微通道之间的选择性的三个时间特征（F1、F2和F3）。

图3.聚合物涂层微通道示意图：制造层以及5µm PDMS涂层的尺寸和显微图像（a）。微流体通道（b）和PETG 3D打印传感器外壳（c）的实物图。3D打印传感器外壳示意图：一般尺寸和主要部件（d）。

图4.具有参考和三个PDMS涂层微通道的SGP40传感器对约1000ppm乙醇（a）和乙酸乙酯（d）的原始响应。两个PDMS涂覆的微通道对250ppm、700ppm和1000ppm乙醇（b）和乙酸乙酯（c）的瞬态响应。

图5.用于1000ppm的甲醇、乙醇、乙酸乙酯和甲苯时，参考（a）以及三个具有2.5（b）、5.0（c）和10.0µm（d）PDMS的聚合物涂层微通道的归一化时间分布。

图6.微通道时间-响应中涉及的两个主要物理过程的示意图（a）。裸（b）和具有5µm PDMS涂层微通道（c）的SGP40传感器对乙醇（～500ppm）和甲苯（～500pppm）二元混合物的响应。参考和PDMS涂覆微通道的响应之间的欧几里得距离（d）。

图7.2.5µm和5.0µm涂层微通道的选择性根据：（a）通过RED数表达的聚合物-分析物亲和力；以及（b）分析物的蒸汽压和分子量的综合效应。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.eti.2023.103481