(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210596851.1 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 南通朗地罗拉安全设备有限公司 地址 226500 江苏省南 通市如皋市下原镇 曙光村十六组4号 (72)发明人 丁卫　尹志军　刘艳利　张玲玲　 戴如义　 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 1/40(2006.01) G16C 20/20(2019.01) G16C 20/70(2019.01) G16C 20/90(2019.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种智能化气体 检测方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种智能化气体检测方法及 装置， 该方法包括以下步骤： S1、 提供微流控通 道， 微流控 通道内设置有SERS基底； S2、 向微流控 通道内持续通入待测气体； S3、 采用拉曼检测设 备对微流控通道内的待测气体进行检测； S4、 根 据检测得到的拉曼光谱分析得到待测气体的成 分以及对应气体成分的浓度C； S5、 气体成分的浓 度C进行修正， 得到修正后的浓度C ´作为最终结 果输出。 本发 明提供的智能化气体检测方法能够 实现气体的定性检测和定量检测； 本发明能够通 过智能化的数据处理方法基本消除温度、 湿度因 素对检测结果的影响， 最终提高检测精度。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114858779 A 2022.08.05 CN 114858779 A 1.一种智能化气体 检测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 提供微流控通道， 所述微流控通道内部设置有SERS基底， 且所述微流控通道具备进 气口和出气口， 微 流控通道内部空间的容积为V； S2、 以流速 v向所述微流控通道内持续 通入待测气体， 持续时间t， 满足V= （1~10） *vt； S3、 采用拉曼检测设备对所述微流控通道内的待测气体进行检测， 检测时， 使拉曼检测 设备的探 头对准SERS基底的表面； 同时测量待测气体的温度T和湿度RH； S4、 根据检测得到的拉曼光谱结合预先构建的拉曼数据库分析得到待测气体的成分以 及对应气体成分的浓度C； 其中， 拉曼数据库中存储有定性识别数据集P以及定量分析数据 集Q， 该定性识别数据集Q1包括若干种气体分别对应的拉曼光谱， 所述定量分析数据集Q2包 括若干表征气体的浓度与拉曼强度关系的计算曲线； S5、 根据待测 气体的温度T和湿度RH， 利用预先构 建的修正关系F对气体成分的浓度C进 行修正， 得到修 正后的浓度C ´， 作为最终结果输出。 2.根据权利要求1所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 拉曼数据 库的构建方法为： S4‑1、 对于任意一种已知的气体G0， 提供一系列已知浓度的气体样本， 于标准环境Hb下， 预先按照步骤S1 ‑S3进行拉曼检测， 得到每种浓度下气体G0的拉曼光谱， 从拉曼光谱中选择 特征峰F0作为识别气体G0的特征， 构建为一条定性识别气体G0的数据p0； 将气体浓度和对应 浓度下的拉曼强度分别作为横纵坐标， 进行曲线拟合， 得到一条表征气体G0的浓度与拉曼 强度关系的计算曲线q0； 其中， 标准环境Hb下的温度为Tb、 湿度为RHb； S4‑2、 对所有需要检测的气体Gi， 按照所述步骤S4 ‑1的方法， 获得每种气体Gi的定性识 别数据pi和表征气体的浓度与拉曼强度关系的计算曲线qi， 通过所有的定性识别 数据pi构 建得到定性识别数据集P， 通过所有的计算曲线qi构建得到定量分析数据集Q， 完成拉曼数 据库的构建。 3.根据权利要求2所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述步骤S5 中的修正关系 F的构建方法为： S5‑1、 对于任意一种已知的气体G0， 提供一系列已知浓度的气体样本， 对于浓度C1的气 体G0， 于若干种不同的环境Hj下， 按照步骤S1 ‑S3进行拉曼检测； 其中， 环境Hj下的温度为Tj， 湿度为RHj； 然后根据得到的拉曼光谱采用步骤S4的方法计算得到每种环境Hj下气体G0的浓度C1j， 计算环境因素引起的浓度差ΔC1j， ΔC1j=C1j‑C1； 计算每种环境Hj与标准环境Hb的环境参数 差： ΔTj和ΔRHj， 其中， ΔTj=Tj‑Tb， ΔRHj=RHj‑RHb； 将ΔC1j、 ΔTj和ΔRHj构建为一条学习数 据WC1Hj； 通过在若干种不同的环境Hj下的测量结果， 得到若干条学习数据WC1Hj， 从而构建成学习 数据子集 WC1； S5‑2、 按照S5 ‑1的方法， 对气体G0， 构建得到每种浓度Ck下的学习数据子集WCk， 将所有的 学习数据子集 WCk构建成学习数据集 WC； S5‑3、 利用机器学习算法学习对学习数据集WC进行学习， 获得针对气体气体G0， 根据不 同的温度、 湿度对步骤S4计算得到的气体浓度结果进行修 正的修正关系F0； S5‑4、 按照S5 ‑1至S5‑3的方法， 获得针对所有需要检测的气体Gi的修正关系Fi。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114858779 A 24.根据权利要求1所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 满足V=3* vt。 5.根据权利要求1所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述SERS基底包括基底、 设置在所述基底上的单层的金属纳米粒子层、 覆盖在所述金属纳米粒子层上的聚合物薄膜 以及设置在所述聚合物薄膜上的气体吸附粒子层。 6.根据权利要求5所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述SERS基底通过以下方 法制备得到： 1） 提供基底和金属纳米粒子溶 液； 2） 利用金属纳米粒子溶 液在基底上制备 形成单层的金属纳米粒子层； 3） 提供厚度为1 ‑25nm的聚合物薄膜； 4） 制备氨基功能化的介孔 二氧化硅纳米粒子； 5） 在介孔二氧化硅纳米粒子表面 修饰偶联剂； 6） 采用表面修饰偶联剂的介孔二氧化硅纳米粒子在聚合物薄膜的第一表面上形成介 孔二氧化硅纳米粒子层， 即为所述气体吸附粒子层； 7） 在聚合物薄膜的第二表面上涂覆偶联剂， 然后将薄膜的第二表面覆盖在所述金属纳 米粒子层上， 晾干， 得到所述SERS基底。 7.根据权利要求6所述的智能化气体 检测方法， 其特 征在于， 所述 步骤4） 具体为： 4‑1） 将十八烷基三甲基溴化铵加入去离 子水中， 搅拌3 0分钟， 得到A溶 液； 4‑2） 将氨水加入去离 子水和无 水乙醇中， 得到B溶 液； 4‑3） 将A溶液和B溶液混合得到混合液， 搅拌， 然后将正硅酸四乙酯在持续搅拌下加入 混合液中， 反应3 ‑12小时， 产物干燥， 煅烧； 4‑4） 将步骤4 ‑3） 得到的产物加入γ ‑氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中， 搅拌下反应 5‑20h， 产物用无 水乙醇洗涤、 过 滤、 干燥， 得到氨基功能化的介孔 二氧化硅纳米粒子 。 8.根据权利要求7所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述步骤5） 具体为： 将步 骤4） 制得的氨基功能化的介孔二氧化硅纳米粒子加入无水乙醇中， 超声分散得到悬浮液； 向该悬浮液中加入十八烷基硅氧烷， 搅拌， 过夜， 50 ‑75℃下水浴加热1 ‑5h； 反应结束后产物 用无水乙醇洗涤， 然后复溶于无水乙醇中， 得到修饰偶联剂的介孔二氧化硅纳米粒子溶液， 备用。 9.根据权利要求8所述的智能化气体检测方法， 其特征在于， 所述步骤6） 具体为： 将聚 合物薄膜在乙醇中浸泡5 ‑40min， 然后将薄膜以第一表 面朝下、 第二表面朝上的方式平铺在 介孔二氧化硅纳米粒子溶液上， 静置1 ‑10min后， 取出聚合物薄膜， 晾干， 在聚合物薄膜的第 一表面上制备 得到介孔 二氧化硅纳米粒子层。 10.一种智能化气体检测装置， 其特征在于， 其中采用 如权利要求1 ‑9中任意一项所述 的方法进行气体 检测， 该装置包括： 微流控通道， 所述 微流控通道具 备进气口和出气口； SERS基底， 其设置在所述 微流控通道内； 气体输送模块， 其用于将待测气体输入所述 微流控通道内； 拉曼检测设备， 其用于对所述 微流控通道内的待测气体进行拉曼检测； 分析计算模块， 其用于根据检测得到的拉曼光谱分析计算待测气体的成分以及对应气权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114858779 A 3