一种用于检测氧气的变色指示剂及其合成方法、氧传感器及其制备方法技术

一种用于检测氧气的变色指示剂及其合成方法、氧传感器及其制备方法,它涉及氧气变色指示剂及传感器、以及它们的制备方法。本发明专利技术是要解决现有的氧气指示剂组成及制备过程复杂、响应速度慢的技术问题。本发明专利技术的检测氧气的变色指示剂为N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物，该化合物的分子结构式通式如下：式中：R1为C4～C22的烷基，R2为C4～C22的烷基，X为卤素；是以4,4'-联吡啶、N-烷基-α-卤代乙酰胺为原料合成的新的联吡啶的衍生物。将变色指示剂负载在基质上，再经紫外或自然光照射处理，得到氧传感器，其制备及操作简便、响应快、可重复使用且成本低。可用于空气、食品包装内氧气检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧气变色试剂合成及其试纸的制备和应用。
技术介绍
氧气是维持人类和动植物生命必不可少的物质，也与工农业生产、环境检测、食品储存和科学研究密切相关。因此，人们需要对氧气的含量进行检测和控制。常用的检测氧气含量的方法有Winkler滴定法，Clark电极法，气相色谱法等。然而上述方法在某种程度上有一些缺点，如仪器复杂、检测过程耗时、需要昂贵的仪器、设备体积大、成本高、不能适应现场测量的需要。利用光学氧传感器检测氧气的方法具有使用简单、成本低、干扰小等优点。申请号为201310624716.4的中国专利公开了一种氧气指示剂，其制备方法是先制备一种纳米二氧化钛粉体，再将该纳米二氧化钛粉体与给电子体、氧化还原性染料、聚合物等混合，分散、用紫外光照射后得到的。该氧气指示剂组成比较复杂，反应速度慢。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的氧气指示剂组成及制备过程复杂、响应速度慢的技术问题，而提供一种用于检测氧气的变色指示剂及其合成方法、氧传感器及其制备方法。本专利技术的用于检测氧气的变色指示剂是N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物，该化合物的分子结构式通式如下：式中：R1为C4～C22的烷基，R2为C4～C22的烷基，X为卤素；以CnBpyX2表示。上述的用于检测氧气的变色指示剂的合成方法，按以下步骤进行：一、将4,4'-联吡啶和N-烷基-α-卤代乙酰胺以摩尔比为1：(1～6)溶于溶剂Ⅰ，并置<br>于反应器中，加热反应，得到反应混合物；二、将步骤一得到的反应混合物中的溶剂蒸发掉，得到粘稠膏状粗产物；三、利用溶剂Ⅱ对粘稠膏状粗产物重结晶，得白色固体，即N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物(CnBpyX2)。氧传感器是将上述的用于检测氧气的变色指示剂负载于基质上得到的。上述的氧传感器的制备方法，按以下步骤进行：一、将用于检测氧气的变色指示剂溶于解于溶剂Ⅲ中，得到溶液；二、将基质浸泡于步骤一制备的溶液中，然后取出，挥发溶剂，得到负载的基质；三、将负载的基质在用紫外光或自然光照射后，得到氧传感器。其中紫外光或自然光照射时间为1s～2h。氧传感器保存在氮气气氛中。在纯的氮气中，该氧传感器长期放置没有明显的颜色变化，不变质。本专利技术采用反应活性高的N-烷基-α-卤代乙酰胺为联吡啶季铵化试剂，通过一步法合成了一种新的新的N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物(CnBpyX2)，制备方法工艺简单，反应条件易于控制，产物易于分离纯化。特别是长链烷基-α-卤代乙酰胺的被应用于CnBpyX2合成，使产物具有亲水和亲油的两亲性质，能够与高极性的水及低极性的有机溶剂等相溶，便于使用。本专利技术的氧传感器是将变色指示剂负载于基质上后，再进行紫外光或自然光照处理后得到的，氧传感器制备过程简单。氧传感器放入被检测气体中后，如果有氧气存在，通过肉眼就可以观察到试条的颜色变化，使用本专利技术的方法检测氧气的存在，不受外界条件的影响，响应快、操作简单、使用方便。在空气中，该氧传感器的颜色在0～30分钟的时间范围内有明显变化。在一个大气压的纯氧气中，该氧传感器的颜色在1秒～10分钟的时间范围内有明显变化。使用后的氧传感器再用紫外光或自然光照处理后，可重复使用。该氧气传感器可应用于检测空气中、食品包装袋或容器内等的氧。总之，本专利技术方法是一种操作简便、响应快、可重复使用、廉价、易制的氧传感器检测方法。附图说明图1是实施例1中氧传感器在氮气环境下褪色的光学图片；图2是实施例1中氧传感器在空气环境下褪色的光学图片；图3是实施例1中氧传感器在氧气环境下褪色的光学图片。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的用于检测氧气的变色指示剂是N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物，该化合物的分子结构式通式如下：式中：R1为C4～C22的烷基，R2为C4～C22的烷基，X为卤素。记为CnBpyX2。具体实施方式二：具体实施方式一所述的用于检测氧气的变色指示剂的制备方法，按以下步骤进行：一、将4,4'-联吡啶和N-烷基-α-卤代乙酰胺以摩尔比为1：(1～6)溶于溶剂Ⅰ，并置于反应器中，加热反应，得到反应混合物；二、将步骤一得到的反应混合物中的溶剂蒸发掉，得到粘稠膏状粗产物；三、利用溶剂Ⅱ对粘稠膏状粗产物重结晶，得白色固体，即N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲基)-4,4'-联吡啶卤化物(CnBpyX2)。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中，4,4'-联吡啶和N-烷基-α-卤代乙酰胺的质量之和与溶剂Ⅰ的体积的比为1g：(1～100)mL；其它与具体实施方式之二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤一中，溶剂Ⅰ为有机溶剂。其它与具体实施方式二或三相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是溶剂Ⅰ为乙醇、异丙醇、正丁醇、甲醇、乙腈、乙二醇单甲醚或DMF，其它与具体实施方式四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤一中，加热的方式为电加热或水浴加热，加热的温度为50℃-200℃，反应的时间为1d～3d；其它与具体实施方式二至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤一中，加热的方式为微波加热，微波功率100～800瓦，回流反应1～6h；其它与具体实施方式二至五之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤三溶剂Ⅱ为乙醇与丙酮的混合溶剂、甲醇与丙酮的混合溶剂、甲醇与乙酸乙酯的混合溶剂、乙醇与乙酸乙酯的混合溶剂、乙醇与异丙醇的混合溶剂、或者甲醇与异丙醇的混合溶剂；其它与具体实施方式二至七之一相同。具体实施方式九：利用具体实施方式一所述的用于检测氧气的变色指示剂的氧传感器，是将用于检测氧气的变色指示剂负载于基质上得到的。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是基质为纸、木或聚氯乙烯薄膜；其它与具体实施方式九相同。具体实施方式十一：具体实施方式九所述的氧传感器的制备方法，按以下步骤进行：一、将用于检测氧气的变色指示剂溶于解于溶剂Ⅲ中，得到溶液；二、将基质浸泡于步骤一制备的溶液中，然后取出，挥发溶剂Ⅲ，得到负载的基质；三、将负载的基质在用紫外光或自然光照射后，得到氧传感器。本实施方式的氧传感器保存在氮气气氛中。在纯的氮气中，该氧传感器长期放置没有明显的颜色变化，不变质。具体实施方式十二：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测氧气的变色指示剂，其特征在于该指示剂是N,N'‑二(烷基氨基甲酰基甲基)‑4,4'‑联吡啶卤化物，该化合物的分子结构式通式如下：式中：R1为C4～C22的烷基，R2为C4～C22的烷基，X为卤素。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测氧气的变色指示剂，其特征在于该指示剂是N,N'-二(烷基氨基甲酰基
甲基)-4,4'-联吡啶卤化物，该化合物的分子结构式通式如下：
式中：R1为C4～C22的烷基，R2为C4～C22的烷基，X为卤素。
2.制备如权利要求1所述的一种用于检测氧气的变色指示剂的方法，其特征在于该方
法按以下步骤进行：
一、将4,4'-联吡啶和N-烷基-α-卤代乙酰胺以摩尔比为1：(1～6)溶于溶剂Ⅰ，并置
于反应器中，加热反应，得到反应混合物；
二、将步骤一得到的反应混合物中的溶剂蒸发掉，得到粘稠膏状粗产物；
三、利用溶剂Ⅱ对粘稠膏状粗产物重结晶，得白色固体，即N,N'-二(烷基氨基甲酰基甲
基)-4,4'-联吡啶卤化物(CnBpyX2)。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测氧气的变色指示剂的制备方法，其特征在于步
骤一中，4,4'-联吡啶和N-烷基-α-卤代乙酰胺的质量之和与溶剂Ⅰ的体积的比为1g：(1～100)
mL。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于检测氧气的变色指示剂的制备方法，其特征在
于步骤一中溶剂Ⅰ为有机溶剂。
5.根据权利要求4所述的一种用于检测氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥峰，贾丽华，佟佳潞，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23