在最近发表在开放获取期刊Materials上的一篇评论中，研究人员讨论了乙烯气体检测的新进展。

背景

最简单的烯烃乙烯由两个双键碳原子和四个氢原子组成。环境空气浓度约为十亿分之二 (ppb)，它很容易在空气中扩散。

在大都市环境中快速产生臭氧的主要前体之一是乙烯，它是由工业排放物和汽车尾气在大气化学中形成的。因此，不受控制的乙烯排放会提高对流层或地面的臭氧水平，从而对人类健康构成重大风险。外源性乙烯也可以在人体内代谢转化为致突变、致癌的复合环氧乙烷。

内源性乙烯可导致肝脏系统发育和/或细菌产生有毒的环氧乙烷，对健康构成潜在危害。因此，园艺、农业和医疗保健行业非常有必要设计和制造选择性、灵敏和高度稳定的气体传感器，可以实时检测亚 ppm 或 ppb 浓度的乙烯气体分子。据报道，可以使用改进的纳米结构传感材料检测复杂气体组合中特定目标气体的浓度。尽管乙烯气体的微小尺寸、缺乏极性化学功能和有限的物理化学反应性使其难以在低浓度下检测，

关于研究

在这项研究中，作者全面回顾了最先进的乙烯气体检测技术，从带有预浓缩器的气相色谱系统到傅里叶变换红外技术 (FTIR)、光声和表面声波传感器、光子晶体光纤增强拉曼光谱、可印刷的光学比色传感器阵列，以及各种纳米结构化学电阻气体传感器，包括电位和电流型场效应晶体管、碳纳米管和金属氧化物传感器。

在对纳米制造工艺、操作环境和各种传感器/技术的传感性能进行全面讨论后，该团队提出了在不久的将来推进乙烯检测的潜在路线图。

研究人员检查并讨论了尖端低浓度乙烯气体检测技术的最新发展、其制造方法、操作设置、传感机制、性能和相应的检测限。还提出了未来发展高灵敏度和选择性乙烯气体传感技术的潜在路线图。

观察

由于乙烯气体对几乎所有生产链都具有重要意义，因此检测和监测其水平在农业部门极为重要。为了创造一种高灵敏度、便携、选择性、可靠、具有成本效益的低功耗气体传感技术用于乙烯气体检测，应强调并认真考虑集成多学科技术的巨大好处。

气相色谱 (GC) 这一成熟且广泛使用的技术具有 2.3 ppb 的低检测限和数十 ppb 的可检测浓度，可以实现稳健可靠的乙烯气体测量。然而，它的主要缺点是体积庞大、不可避免的水分干扰、制造成本高、操作程序冗长复杂，严重限制了其在乙烯监测中的现场适用性。通过开发和使用高选择性、灵敏度和湿度无关的气体传感器，将用于测量多种气体的通用 GC 转变为针对乙烯气体的专用工具，可以极大地实现现场检测乙烯气体的目标.

由于未来的乙烯-GC 有可能消耗更少的功率并变得更便携，因此构建可在室温下运行的气体传感器尤为重要。同样强烈鼓励的是继续优化基于预浓缩器的设计，目标是简化采样程序并缩短检测气体所花费的时间。虽然 FTIR 和拉曼光谱技术可以快速测量和检测多种气体，但它们较差的光谱分辨率和低信噪比 (SNR) 限制了它们检测痕量以下乙烯气体的能力。

由于水分子经常干扰不同的乙烯气体传感技术和传感器，例如 PAS/QCM 设备、GC/FTIR/拉曼系统和有机/无机化学电阻气体传感器，因此开发和使用有效的水分过滤器至关重要实现准确、现场乙烯气体检测的目标。使用纳米结构化学电阻气体传感器作为先驱，将继续开发高性能乙烯传感技术。较小的纳米结构尺寸可以提高对气体的敏感性。Cu(I) 配合物和贵金属和过渡金属纳米粒子可以同时提高检测乙烯气体的灵敏度和选择性。通过增加比表面积和/或通过制造高度多孔的微结构，可以显着提高气体传感效率。

结论

总之，本研究讨论了用于乙烯气体传感/检测的最新最先进的尖端技术/传感器。作者检查和评估了许多重要特性，包括操作条件、制造方法、响应动态和速度以及检测限。他们提到应该考虑未来在提高信噪比和实现高光谱分辨率方面的工作。声学和石英晶体微天平 (QCM) 设备是基于压电效应的传感技术的示例，具有出色的乙烯气体检测特性，包括高精度、快速且可调节的积分时间，以达到所需的最小检测限 (MDL)。

该团队表示，对声学配置中激光源的负担得起的替代品的研究可以大大有助于其商业化。此外，在 QCM 设计中包含多孔材料可能会增加其对乙烯气体的相关敏感性。一些基于金属氧化物的气体传感器可以受益于使用辅助能量刺激器，例如偏置、可见光、紫外 (UV)、红外光和机械能。