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本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種乙烯傳感器及乙烯敏感薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

蘋果是我國優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品之一，同時(shí)是我國華北和西北地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。蘋果產(chǎn)業(yè)對(duì)繁榮果品市場、滿足消費(fèi)者需求具有基礎(chǔ)作用；對(duì)于改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況、促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化升級(jí)具有促進(jìn)作用，也是我國少數(shù)具有國際市場競爭力優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品。但我國蘋果出口量占比低，高端蘋果市場多被進(jìn)口蘋果占領(lǐng)，其主要原因在于果品質(zhì)量不穩(wěn)定，蘋果品質(zhì)分級(jí)精選技術(shù)缺乏。香氣成分是果品鮮食和加工質(zhì)量領(lǐng)域中品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要因素。蘋果的香氣成分是由蘋果生長發(fā)育過程中各種復(fù)雜的生理生化反應(yīng)共同形成的，目前檢測出的蘋果香氣物質(zhì)有300多種，包括醇類、酯類、醛類、酮類、萜烯等揮發(fā)性化合物共同形成了蘋果的獨(dú)特果香。蘋果香味受到多種因素的影響，如蘋果品種、生產(chǎn)產(chǎn)地氣候條件、采收成熟度、采收后貯藏條件、貯藏時(shí)間等。關(guān)于蘋果香氣檢測的文獻(xiàn)報(bào)道中均采用固相微萃取-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對(duì)蘋果果肉和果皮進(jìn)行冷凍粉粹后分析蘋果香氣成分。未成熟蘋果釋放香氣濃度低，其釋放的揮發(fā)性物質(zhì)以己醛、2-己烯醛等有機(jī)揮發(fā)性化合物為主，成熟果實(shí)則釋放出大量的香氣物質(zhì)，如富士蘋果果實(shí)的主要香氣成分包括丁酸乙酯、1-丁醇、乙酸3-甲基丁酯、乙酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯；新紅星蘋果果實(shí)的主要香氣物質(zhì)包括乙酸丁酯、乙酸3-甲基丁酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯、1-丙醇、1-丁醇、2-甲基丁醇和2-甲基丁酸乙酯；喬納金蘋果果實(shí)的主要香氣物質(zhì)包括1-丙醇、乙酸丙酯、乙酸丁酯、2-甲基丁醇、1-丁醇和乙酸3-甲基丁酯。不同品種蘋果果實(shí)釋放的香氣物質(zhì)成分不一、濃度也不同，因此，從蘋果香氣主要構(gòu)成進(jìn)行蘋果品質(zhì)分級(jí)和品種培育難度較大。此外，利用色譜技術(shù)對(duì)蘋果香氣檢測屬于有損檢測，色譜技術(shù)實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、成本高，僅局限于實(shí)驗(yàn)室分析研究，技術(shù)方法不具有實(shí)時(shí)性，因此不具有推廣應(yīng)用空間。電子鼻技術(shù)通過氣體傳感器陣列和模式識(shí)別算法可以通過檢測果品的氣體成分變化來監(jiān)測果實(shí)品質(zhì)變化，是一種無損檢測技術(shù)，并成功應(yīng)用于蘋果成熟度和貨架期檢測，但電子鼻技術(shù)中的氣體傳感器單元對(duì)蘋果釋放的香氣物質(zhì)不具有針對(duì)性，更多的是借助模式識(shí)別系統(tǒng)對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，應(yīng)用目標(biāo)不明確，難以在果業(yè)品質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域中推廣使用。因此乙烯傳感器，通過蘋果香氣物質(zhì)的成分對(duì)蘋果品質(zhì)監(jiān)測和分級(jí)可行性較弱，實(shí)現(xiàn)難度大。

乙烯與蘋果果實(shí)香氣的形成密切相關(guān)。研究表明，未成熟蘋果的果實(shí)乙烯含量很低，果實(shí)從感官上幾乎不具有香氣，果實(shí)成熟過程中，果實(shí)乙烯濃度逐漸增加，在果實(shí)乙烯釋放達(dá)到最高峰時(shí)，香氣物質(zhì)隨之濃度迅速增加。其原因在于乙烯可將淀粉轉(zhuǎn)化成糖、引起酸的損失并形成芳香物質(zhì)，因?yàn)?，乙烯是?duì)果實(shí)風(fēng)味影響最大的因素。于此同時(shí)，外源乙烯能增加躍變型果實(shí)如蘋果特征香氣物質(zhì)的積累，乙烯常被作為果實(shí)的催熟劑。因此，建立果實(shí)乙烯和果實(shí)香氣物質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，通過監(jiān)測乙烯濃度變化來獲得果實(shí)香氣物質(zhì)濃度，進(jìn)而對(duì)果實(shí)品質(zhì)監(jiān)測和優(yōu)選分級(jí)進(jìn)行指導(dǎo)。將蘋果香氣物質(zhì)監(jiān)測轉(zhuǎn)換為蘋果乙烯濃度監(jiān)測，化繁為簡，大大降低了制備和生產(chǎn)成本。通過乙烯濃度檢測對(duì)蘋果進(jìn)行質(zhì)量分選和指導(dǎo)水果生產(chǎn)，減少抽樣浪費(fèi)，也可廣泛應(yīng)用于果蔬領(lǐng)域。

荷蘭sensorsense生產(chǎn)的乙烯氣體檢測儀etd-300，首先通過烴分解器cat-1利用鉑金顆粒催化烴氧化分解為水蒸氣和co2，為系統(tǒng)提供無烴干擾的樣品空氣；然后利用激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)乙烯氣體的高精度檢測，乙烯在光聲腔吸收激光后釋放熱使光聲腔內(nèi)部產(chǎn)生壓力，隨激光頻率增減形成能被微型麥克風(fēng)檢測到的壓力差，而乙烯濃度越高壓力差越大，從而據(jù)聲波強(qiáng)度差可實(shí)時(shí)快速測量乙烯氣體絕對(duì)濃度。但該檢測儀價(jià)格較高，與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)兼容性較差，目前僅據(jù)局限于實(shí)驗(yàn)室使用。麻省理工學(xué)院的tmswager團(tuán)隊(duì)通過監(jiān)測銅系化合物摻雜碳納米管的導(dǎo)電性變化獲得水果乙烯濃度的變化，但該研究采用的是玻璃襯底，難以和水果果皮緊密結(jié)合，同時(shí)傳感器件對(duì)乙烯的靈敏度低，選擇性較差。也有文獻(xiàn)采用基于二氧化錫納米顆粒的電容式傳感器對(duì)乙烯氣體進(jìn)行無線監(jiān)測，但該傳感器僅對(duì)高濃度(20-100ppm)的乙烯氣體表現(xiàn)出一定的響應(yīng)，而果蔬乙烯濃度較低，該方法不適用于果蔬乙烯檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種乙烯傳感器及乙烯敏感薄膜的制備方法乙烯傳感器，適用于果蔬乙烯的檢測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種乙烯敏感薄膜的制備方法，包括：

將聚丙烯腈均勻溶解于二甲基甲酰胺溶劑中，得到第一混合溶液；

向所述第一混合溶液中加入醋酸錫，并在室溫環(huán)境下攪拌均勻得到第二混合溶液；

將所述第二混合溶液加入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到纖維膜；

將所述纖維膜在真空環(huán)境中進(jìn)行干燥處理后進(jìn)行燒結(jié)處理，得到片狀碳纖維膜；

對(duì)所述片狀碳纖維膜按預(yù)設(shè)尺寸和形狀進(jìn)行切割，得到預(yù)設(shè)尺寸和形狀的乙烯敏感薄膜；所述乙烯敏感薄膜具有電阻隨乙烯濃度變化的特性。

可選的，在所述對(duì)所述片狀碳纖維膜按預(yù)設(shè)尺寸和形狀進(jìn)行切割，得到預(yù)設(shè)尺寸和形狀的乙烯敏感薄膜之后，還包括：

在所述乙烯敏感薄膜上切割多條切線，使拉伸后的所述乙烯敏感薄膜呈網(wǎng)狀。

可選的，所述在所述乙烯敏感薄膜上切割多條切線，使拉伸后的所述乙烯敏感薄膜呈網(wǎng)狀，具體包括：

將所述乙烯敏感薄膜的上半部分沿水平中心線向下折疊，從而與所述乙烯敏感薄膜的下半部分重疊，形成折疊膜；

從所述折疊膜的上邊緣開始向下邊緣方向切割出相互平行的多條第一切線，所述第一切線未延伸至所述折疊膜的下邊緣；

從所述折疊膜的下邊緣開始向上邊緣方向切割出相互平行的多條第二切線，所述第二切線未延伸至所述折疊膜的上邊緣，所述第二切線與所述第一切線相互間隔設(shè)置，且所述第二切線與所述第一切線相互平行；

將切割后的所述折疊膜展開。

可選的，所述聚丙烯腈、所述二甲基甲酰胺溶劑和所述醋酸錫的比例為(1g-2g)：(10ml-20ml)：(0.5g-1g)。

可選的，攪拌時(shí)長為2天。

可選的，所述靜電紡絲裝置的電紡溶液流速為1ml/h～2ml/h，紡絲電壓為10kv～30kv，紡絲溶液量為3ml-10ml，紡絲厚度為10μm-200μm。

可選的，燒結(jié)處理的溫度為800℃～1200℃。

一種乙烯傳感器，該乙烯傳感器為利用上述的乙烯敏感薄膜的制備方法制備而成的乙烯敏感薄膜。

可選的，該乙烯傳感器還包括：第一粘貼點(diǎn)和第二粘貼點(diǎn)；所述第一粘貼點(diǎn)靠近所述乙烯敏感薄膜的左邊緣固定在所述乙烯敏感薄膜上，所述第二粘貼點(diǎn)靠近所述乙烯敏感薄膜的右邊緣固定在所述乙烯敏感薄膜上；所述第一粘貼點(diǎn)和所述第二粘貼點(diǎn)用于將所述乙烯敏感薄膜粘貼在待測果蔬上。

可選的，該乙烯傳感器還包括第一測試銀線和所述第二測試銀線；所述第一測試銀線和所述第二測試銀線的一端分別連接到所述乙烯敏感薄膜的左右兩端，所述第一測試銀線和所述第二測試銀線的另一端均連接到數(shù)據(jù)采集表。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明所公開的乙烯傳感器及乙烯敏感薄膜的制備方法，將電阻隨乙烯濃度變化的薄膜作為乙烯傳感器，能夠粘貼在果蔬表皮上且不影響果蔬生長，從而能夠適用于果蔬乙烯的檢測。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1乙烯敏感薄膜的制備方法的方法流程圖；

圖2為乙烯濃度與香氣物質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器部分拉伸后的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器全部拉伸后的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種乙烯傳感器及乙烯敏感薄膜的制備方法，適用于果蔬乙烯的檢測。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1乙烯敏感薄膜的制備方法的方法流程圖。

參見圖1，該乙烯敏感薄膜的制備方法，包括：

步驟101：將聚丙烯腈(pan)均勻溶解于二甲基甲酰胺(dmf)溶劑中，得到第一混合溶液。

步驟102：向所述第一混合溶液中加入醋酸錫，并在室溫環(huán)境下攪拌均勻得到第二混合溶液。所述聚丙烯腈、所述二甲基甲酰胺溶劑和所述醋酸錫的比例為(1g-2g)：(10ml-20ml)：(0.5g-1g)。攪拌時(shí)長為2天。室溫的溫度一般指20℃～25℃。

步驟103：將所述第二混合溶液加入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到纖維膜。所述靜電紡絲裝置的電紡溶液流速為1ml/h～2ml/h，紡絲電壓為10kv～30kv，紡絲溶液量為3ml-10ml，紡絲厚度為10μm-200μm。該纖維膜的厚度為10μm～200μm。

步驟104：將所述纖維膜在真空環(huán)境中進(jìn)行干燥處理后進(jìn)行燒結(jié)處理，得到片狀碳纖維膜。燒結(jié)處理的溫度為800℃～1200℃。該片狀碳纖維膜為片狀pan/sno2碳纖維膜。

步驟105：對(duì)所述片狀碳纖維膜按預(yù)設(shè)尺寸和形狀進(jìn)行切割，得到預(yù)設(shè)尺寸和形狀的乙烯敏感薄膜。乙烯分子與pan/sno2碳纖薄膜接觸后引起pan/sno2碳纖薄膜的電子轉(zhuǎn)移，從而引起pan/sno2碳纖薄膜的電阻變化，因此所述乙烯敏感薄膜具有電阻隨乙烯濃度變化的特性。預(yù)設(shè)形狀為正方形，預(yù)設(shè)尺寸可以為任意尺寸，優(yōu)選為1cm*1cm。

步驟106：在所述乙烯敏感薄膜上切割多條切線，使拉伸后的所述乙烯敏感薄膜呈網(wǎng)狀。

該步驟106具體包括：

將所述乙烯敏感薄膜的上半部分沿水平中心線向下折疊，從而與所述乙烯敏感薄膜的下半部分重疊，形成折疊膜。

從所述折疊膜的上邊緣開始向下邊緣方向切割出相互平行的多條第一切線，所述第一切線未延伸至所述折疊膜的下邊緣。

從所述折疊膜的下邊緣開始向上邊緣方向切割出相互平行的多條第二切線，所述第二切線未延伸至所述折疊膜的上邊緣，所述第二切線與所述第一切線相互間隔設(shè)置，且所述第二切線與所述第一切線相互平行；每條第二切線與相鄰的第一切線之間的間距均相同，該間距為0.15cm-0.3cm。

將切割后的所述折疊膜展開。

當(dāng)需要進(jìn)行乙烯檢測時(shí)，在乙烯敏感薄膜的左右兩端各固定一個(gè)粘貼點(diǎn)，粘貼點(diǎn)上粘貼雙面膠，然后在乙烯敏感薄膜的左右兩端各連接一根測試銀線乙醇報(bào)警器，兩根測試銀線均連接到數(shù)據(jù)采集表上，然后將該乙烯敏感薄膜的兩個(gè)粘貼點(diǎn)粘貼到待測果蔬上，通過讀取數(shù)據(jù)采集表采集的電阻數(shù)據(jù)，根據(jù)電阻與乙烯濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)乙烯濃度的檢測，再根據(jù)乙烯濃度與表征果蔬品質(zhì)和成熟度的香氣物質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算表征果蔬品質(zhì)和成熟度的香氣物質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)果蔬品質(zhì)分級(jí)和成熟度的檢測。

圖2為乙烯濃度與香氣物質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖。由圖2可知，乙烯的釋放趨勢和香氣物質(zhì)的釋放趨勢隨時(shí)間變化是一致的，香氣物質(zhì)一定程度上反映蘋果品質(zhì)，我們采用色譜技術(shù)對(duì)蘋果釋放的乙烯和香氣物質(zhì)進(jìn)行了檢測，在14天內(nèi)，香氣物質(zhì)和乙烯濃度是逐漸上升的氨氣報(bào)警器，之后，二者同時(shí)下降。因此，通過監(jiān)測乙烯的變化情況，可以從一定程度反映其蘋果的品質(zhì)。

對(duì)乙烯敏感薄膜進(jìn)行切割處理，使乙烯敏感薄膜能夠拉伸，即在拉伸時(shí)成為網(wǎng)狀膜，從而不會(huì)對(duì)乙烯敏感薄膜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。具有拉伸特性的乙烯敏感薄膜從而能夠產(chǎn)生柔性拉伸變形，能夠在粘貼在果蔬表皮上之后，跟隨果蔬的成長而拉伸，不影響果蔬的成長，可用于果蔬生長過程中乙烯濃度的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、無損檢測。另外，拉伸之后的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠使乙烯透過，從而提高乙烯敏感薄膜的未與果蔬表皮接觸的一面與乙烯的接觸面積，使乙烯敏感薄膜的兩側(cè)均參與乙烯的吸附，提高乙烯敏感薄膜對(duì)乙烯濃度的檢測的響應(yīng)率和準(zhǔn)確度。同時(shí)，拉伸后的乙烯敏感薄膜的覆蓋面積增加，從而能夠增加與果蔬表皮的覆蓋面積，進(jìn)一步增加與乙烯接觸的可能性，提高檢測準(zhǔn)確度。利用本發(fā)明的制備方法所制備的乙烯敏感薄膜無襯底結(jié)構(gòu)，制備過程簡單，成本低，同時(shí)靜電紡絲工藝的重復(fù)性和穩(wěn)定性高，可適用于大批量生產(chǎn)。且該薄膜可與電阻檢測儀器相連，從而能夠與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成，兼容性高。

實(shí)施例2：

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器部分拉伸后的結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的乙烯傳感器全部拉伸后的結(jié)構(gòu)圖。

參見圖2～圖4，該乙烯傳感器為利用實(shí)施例1的乙烯敏感薄膜的制備方法制備而成的乙烯敏感薄膜101。

該乙烯敏感薄膜上的切線102分為第一切線和第二切線，第一切線為從中心向上下兩側(cè)延伸的切線，且未延伸至上下邊緣。第二切線為從兩側(cè)向中心延伸的切線，且未延伸至中心。第一切線與第二切線間隔設(shè)置且相互平行。

該乙烯傳感器還包括兩個(gè)粘貼點(diǎn)103：第一粘貼點(diǎn)和第二粘貼點(diǎn)；所述第一粘貼點(diǎn)靠近所述乙烯敏感薄膜的左邊緣固定在所述乙烯敏感薄膜上，所述第二粘貼點(diǎn)靠近所述乙烯敏感薄膜的右邊緣固定在所述乙烯敏感薄膜上；所述第一粘貼點(diǎn)和所述第二粘貼點(diǎn)上粘貼有雙面膠。所述第一粘貼點(diǎn)和所述第二粘貼點(diǎn)用于將所述乙烯敏感薄膜粘貼在待測果蔬上。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，第一粘貼點(diǎn)粘貼靠近乙烯敏感薄膜的左邊緣的中心位置乙烯傳感器，第二粘貼點(diǎn)靠近乙烯敏感薄膜的右邊緣的中心位置。

該乙烯傳感器還包括兩根測試銀線104：第一測試銀線和所述第二測試銀線；所述第一測試銀線和所述第二測試銀線的一端分別連接到所述乙烯敏感薄膜的左右兩端，所述第一測試銀線和所述第二測試銀線的另一端均連接到電阻檢測儀器。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，第一測試銀線以及第二測試銀線與乙烯敏感薄膜的連接點(diǎn)位于乙烯敏感薄膜的對(duì)角位置。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明所公開的乙烯傳感器及乙烯敏感薄膜的制備方法，將電阻隨乙烯濃度變化的薄膜作為乙烯傳感器，能夠粘貼在果蔬表皮上且不影響果蔬生長，從而能夠適用于果蔬乙烯的檢測。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

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