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本發明涉及農業信息技術領域，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：

蘋果是我國優勢農產品之一，同時是我國華北和西北地區的支柱產業之一。蘋果產業對繁榮果品市場、滿足消費者需求具有基礎作用；對于改善農村經濟狀況、促進農業產業化升級具有促進作用，也是我國少數具有國際市場競爭力優勢的農產品。但我國蘋果出口量占比低，高端蘋果市場多被進口蘋果占領，其主要原因在于果品質量不穩定，蘋果品質分級精選技術缺乏。香氣成分是果品鮮食和加工質量領域中品質評價的重要因素。蘋果的香氣成分是由蘋果生長發育過程中各種復雜的生理生化反應共同形成的，目前檢測出的蘋果香氣物質有300多種，包括醇類、酯類、醛類、酮類、萜烯等揮發性化合物共同形成了蘋果的獨特果香。蘋果香味受到多種因素的影響，如蘋果品種、生產產地氣候條件、采收成熟度、采收后貯藏條件、貯藏時間等。關于蘋果香氣檢測的文獻報道中均采用固相微萃取-質譜聯用技術，對蘋果果肉和果皮進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，其釋放的揮發性物質以己醛、2-己烯醛等有機揮發性化合物為主，成熟果實則釋放出大量的香氣物質，如富士蘋果果實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；新紅星蘋果果實的主要香氣物質包括乙酸丁酯、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；喬納金蘋果果實的主要香氣物質包括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。不同品種蘋果果實釋放的香氣物質成分不一、濃度也不同，因此，從蘋果香氣主要構成進行蘋果品質分級和品種培育難度較大。此外，利用色譜技術對蘋果香氣檢測屬于有損檢測，色譜技術實驗操作復雜、成本高，僅局限于實驗室分析研究，技術方法不具有實時性，因此不具有推廣應用空間。電子鼻技術通過氣體傳感器陣列和模式識別算法可以通過檢測果品的氣體成分變化來監測果實品質變化，是一種無損檢測技術，并成功應用于蘋果成熟度和貨架期檢測，但電子鼻技術中的氣體傳感器單元對蘋果釋放的香氣物質不具有針對性，更多的是借助模式識別系統對檢測數據進行分析處理，應用目標不明確，難以在果業品質監測領域中推廣使用。因此乙烯傳感器，通過蘋果香氣物質的成分對蘋果品質監測和分級可行性較弱，實現難度大。

乙烯與蘋果果實香氣的形成密切相關。研究表明，未成熟蘋果的果實乙烯含量很低，果實從感官上幾乎不具有香氣，果實成熟過程中，果實乙烯濃度逐漸增加，在果實乙烯釋放達到最高峰時，香氣物質隨之濃度迅速增加。其原因在于乙烯可將淀粉轉化成糖、引起酸的損失并形成芳香物質，因為，乙烯是對果實風味影響最大的因素。于此同時，外源乙烯能增加躍變型果實如蘋果特征香氣物質的積累，乙烯常被作為果實的催熟劑。因此，建立果實乙烯和果實香氣物質的內在聯系，通過監測乙烯濃度變化來獲得果實香氣物質濃度，進而對果實品質監測和優選分級進行指導。將蘋果香氣物質監測轉換為蘋果乙烯濃度監測，化繁為簡，大大降低了制備和生產成本。通過乙烯濃度檢測對蘋果進行質量分選和指導水果生產，減少抽樣浪費，也可廣泛應用于果蔬領域。

荷蘭sensorsense生產的乙烯氣體檢測儀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，為系統提供無烴干擾的樣品空氣；然后利用激光技術實現對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部產生壓力，隨激光頻率增減形成能被微型麥克風檢測到的壓力差，而乙烯濃度越高壓力差越大，從而據聲波強度差可實時快速測量乙烯氣體絕對濃度。但該檢測儀價格較高，與農業物聯網兼容性較差，目前僅據局限于實驗室使用。麻省理工學院的tmswager團隊通過監測銅系化合物摻雜碳納米管的導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合，同時傳感器件對乙烯的靈敏度低，選擇性較差。也有文獻采用基于二氧化錫納米顆粒的電容式傳感器對乙烯氣體進行無線監測，但該傳感器僅對高濃度(20-100ppm)的乙烯氣體表現出一定的響應，而果蔬乙烯濃度較低，該方法不適用于果蔬乙烯檢測。

技術實現要素：

本發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。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

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行紡絲，得到纖維膜；

將所述纖維膜在真空環境中進行干燥處理后進行燒結處理，得到片狀碳纖維膜；

對所述片狀碳纖維膜按預設尺寸和形狀進行切割，得到預設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，在所述對所述片狀碳纖維膜按預設尺寸和形狀進行切割，得到預設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：第一粘貼點和第二粘貼點；所述第一粘貼點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；所述第一粘貼點和所述第二粘貼點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據采集表。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發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明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例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量的對應關系曲線圖；

圖3為本發明實施例2的乙烯傳感器的結構圖；

圖4為本發明實施例2的乙烯傳感器部分拉伸后的結構圖；

圖5為本發明實施例2的乙烯傳感器全部拉伸后的結構圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發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。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1：

圖1為本發明實施例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境中進行干燥處理后進行燒結處理，得到片狀碳纖維膜。燒結處理的溫度為800℃～1200℃。該片狀碳纖維膜為片狀pan/sno2碳纖維膜。

步驟105：對所述片狀碳纖維膜按預設尺寸和形狀進行切割，得到預設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。預設形狀為正方形，預設尺寸可以為任意尺寸，優選為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。

當需要進行乙烯檢測時，在乙烯敏感薄膜的左右兩端各固定一個粘貼點，粘貼點上粘貼雙面膠，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警器，兩根測試銀線均連接到數據采集表上，然后將該乙烯敏感薄膜的兩個粘貼點粘貼到待測果蔬上，通過讀取數據采集表采集的電阻數據，根據電阻與乙烯濃度的對應關系實現乙烯濃度的檢測，再根據乙烯濃度與表征果蔬品質和成熟度的香氣物質量的對應關系計算表征果蔬品質和成熟度的香氣物質量，進而實現果蔬品質分級和成熟度的檢測。

圖2為乙烯濃度與香氣物質量的對應關系曲線圖。由圖2可知，乙烯的釋放趨勢和香氣物質的釋放趨勢隨時間變化是一致的，香氣物質一定程度上反映蘋果品質，我們采用色譜技術對蘋果釋放的乙烯和香氣物質進行了檢測，在14天內，香氣物質和乙烯濃度是逐漸上升的氨氣報警器，之后，二者同時下降。因此，通過監測乙烯的變化情況，可以從一定程度反映其蘋果的品質。

對乙烯敏感薄膜進行切割處理，使乙烯敏感薄膜能夠拉伸，即在拉伸時成為網狀膜，從而不會對乙烯敏感薄膜的結構產生破壞。具有拉伸特性的乙烯敏感薄膜從而能夠產生柔性拉伸變形，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態、實時、無損檢測。另外，拉伸之后的網狀結構能夠使乙烯透過，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均參與乙烯的吸附，提高乙烯敏感薄膜對乙烯濃度的檢測的響應率和準確度。同時，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，進一步增加與乙烯接觸的可能性，提高檢測準確度。利用本發明的制備方法所制備的乙烯敏感薄膜無襯底結構，制備過程簡單，成本低，同時靜電紡絲工藝的重復性和穩定性高，可適用于大批量生產。且該薄膜可與電阻檢測儀器相連，從而能夠與農業物聯網集成，兼容性高。

實施例2：

圖3為本發明實施例2的乙烯傳感器的結構圖。

圖4為本發明實施例2的乙烯傳感器部分拉伸后的結構圖。

圖5為本發明實施例2的乙烯傳感器全部拉伸后的結構圖。

參見圖2～圖4，該乙烯傳感器為利用實施例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延伸的切線，且未延伸至上下邊緣。第二切線為從兩側向中心延伸的切線，且未延伸至中心。第一切線與第二切線間隔設置且相互平行。

該乙烯傳感器還包括兩個粘貼點103：第一粘貼點和第二粘貼點；所述第一粘貼點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；所述第一粘貼點和所述第二粘貼點上粘貼有雙面膠。所述第一粘貼點和所述第二粘貼點用于將所述乙烯敏感薄膜粘貼在待測果蔬上。作為一種優選的實施方式，第一粘貼點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。作為一種優選的實施方式，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位于乙烯敏感薄膜的對角位置。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發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。

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

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。

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