提高气体比色传感器对酸/碱性气体检测灵敏度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高气体比色传感器对酸/碱性气体检测灵敏度的方法，具体说是根据不同pH指示剂颜色变化的pH值范围不同，调节用于固载指示剂的溶液的pH值，使得固载到基质上的指示剂所处环境的pH值在指示剂颜色变化的临界点左右，从而制备用于酸或碱性气体检测的传感器。利用该方法制备的传感器在用于酸/碱性气体的检测时，由于指示剂的颜色已经处于颜色变化的临界点，一旦与酸/碱性气体接触，不但颜色变化快，且变化明显，从而能够提高传感器在测定酸/碱性气体时的灵敏度。

Method for improving sensitivity of gas colorimetric sensor to acid / alkaline gas detection

The invention relates to a method for improving gas acid / alkaline gas detection sensitivity of colorimetric sensor, specifically according to different pH indicator color change pH value range, is used to adjust the solution supported indicator pH, the immobilized onto the substrate as an indicator of environment pH value in critical point indicator change the color of the left and right, so as to prepare for acid or alkaline gas detection sensor. The preparation method of the sensor for the detection of gas in alkaline / acid, the critical point is the color of the indicator color change, once in contact with the acid / alkaline gas, not only the color changes, and changes significantly, which can enhance the sensitivity of sensor in the determination of acid / alkali gases at.

【技术实现步骤摘要】
提高气体比色传感器对酸/碱性气体检测灵敏度的方法
本专利技术涉及气体传感器检测灵敏度的调节，具体说是对用于固载到基质上的pH指示剂溶液的pH值进行调节，从而使固载到基质上的指示剂的pH值处于颜色变化的临界点，使得指示剂对酸/碱性气体的检测灵敏度大大提高。
技术介绍
现代社会科学技术不断发展，提高社会和人们生活质量的同时也带来了很多负面的影响，特别是随着能源、化工、汽车等重工业的迅速发展，由于生产过程中的不规范而导致的大量易燃易爆和有毒气体释放到大气环境中，使得大气环境中这些对生物有害气体的种类和数量每年都在急剧增加。而人类时时刻刻都生活在大气环境中，因此大气环境的好坏对人类健康具有直接影响。正因为气体与人类的生存和活动如此密切相关，人类很早就开始了对气体的检测及控制方法的研究。另外，有些情况下，需要对气体进行实时监控，以便迅速制定相应的处理对策，最理想的解决方法就是实地、实时、在线分析检测，因此现场分析检测、移动实验室和便携式检测仪器等概念被许多研究人员提出。科学家们已对气体的检测和现场监测进行了大量的研究探索性工作，基于光学原理、电化学原理、功能纳米材料等不同类型的传感器应运而生。这其中，光化学比色法因其操作简单，成本低廉而受到科学家们的广泛关注。其中pH指示剂是最常用的用于检测酸/碱性气体的气体传感器基质。本实验室对指示剂的固载方法进行了大量的实验，结果显示指示剂固载的最佳方法是用硅胶凝胶溶液或聚合物溶液。但无论是用溶胶凝胶溶液(本身pH值在2左右)还是聚合物(本身pH值在7左右)作为固载指示剂的基质，都会使得固载后的指示剂处在与固载溶液相同的pH值条件下；而pH指示剂颜色变化的pH值的范围是不一样的，这就使得利用相同的固载溶液进行固载可能会影响某些指示剂的检测灵敏度，甚至无法用于气体的检测。比如百里酚蓝和溴百里酚蓝，其颜色变化的pH值范围分别为8.0-9.6和6.0-7.6。如果用硅胶溶胶凝胶对这两种指示剂进行固载则无法用于酸性气体的检测，对碱性气体的检测也不是很灵敏。如果上述两种指示剂用聚合物溶液对其进行固载，则百里酚蓝仍然无法用于酸性气体的检测，但对碱性气体的检测灵敏度会有所提高，而溴百里酚蓝可以同时用于酸/碱性气体的检测，但检测灵敏度仍然不是最高。为了提高pH指示剂的检测灵敏度，本专利技术专利通过对用于固载指示剂的溶液的pH值进行调节，从而使得固载后的指示剂所处环境的pH值在其颜色变化的临界点左右，从而更利于对酸/碱性气体的检测。该方法不但可以提高指示剂的检测灵敏度，还可以通过改变指示剂的pH值使得一种指示剂不但可以用于酸性气体的检测，还可以用于碱性气体的检测，进一步提升了指示剂检测的普适性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过调节固载在基质上的指示剂的pH值从而提高指示剂对于酸/碱性气体检测灵敏度的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：通过添加酸或碱调节固载指示剂的溶液的pH值后进行固载，指示剂颜色变化的pH值临界点为A，使得固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.1至A+1.5或A-0.1至A-1.5，制备得用于酸或碱性气体检测的传感器。所述用于固载指示剂的溶液为硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液；制备方法为下述之一，1)硅胶溶胶凝胶的合成：硅氧烷试剂：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：有机溶剂：催化剂：表面活性剂：水以1：2－4：1－2：0.2－0.8：0.1－0.8：0.005－0.04：0.5－1体积比混合，35－85℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液；2)聚合物的合成：①聚乙烯醇：增塑剂：有机溶剂：水以1：2－6：50－100：30－70质量比混合，常温下搅拌反应0.5－3小时，得聚合物A溶液；②聚乙烯醇缩丁醛：增塑剂：有机溶剂以1：3－7：80－120质量比混合，常温下搅拌反应0.5－3小时，得聚合物B溶液；③聚氯乙烯：增塑剂：聚乙二醇：有机溶剂以1：2－6:1－5：50－100质量比混合，常温下反应0.5－3小时，得聚合物C溶液。所述的硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，正辛烷三乙氧基硅烷，(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷，(3-氯丙基)三甲氧基硅烷，三甲基氯硅烷中的一种或二种以上；催化剂为0.1-1M的盐酸或硝酸；所用的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、L7001、司班60、曲拉通X-100、司班80以及羧甲基纤维素钠中的一种或二种以上。所述聚合物合成过程中所用的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙腈、丙酮、四氢呋喃、二甲亚砜、三氯甲烷、环己烷、甲苯中的一种或二种以上。所述增塑剂为聚乙二醇，癸二酸二异辛酯，邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，邻苯二甲酸二正辛酯，磷酸三辛酯，邻苯二甲酸二甲酯中的一种或二种以上。所述用于调节固载指示剂溶液pH环境的酸为盐酸、硫酸、磷酸、枸椽酸、抗坏血酸、对甲苯磺酸中的一种或二种以上；碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、四丁基铵氢氧化物、四甲基乙二胺、六亚甲基四胺中的一种或二种以上。所述指示剂为pH指示剂，其中包括刚果红、甲基红、氯酚红、甲酚红、硝氮黄、皂黄、溴酚蓝、溴百里酚蓝、百里香酚蓝、溴甲酚绿、溴甲酚紫、间甲酚紫、甲基橙、荧光素、茜素中的一种或二种以上。所述传感器的制备过程为：将2－15mg指示剂加入到1mL固载指示剂的溶液中，然后，加入酸或碱溶液，超声溶解，取溶液滴涂于基质上，氮气保护下室温干燥，备用；其中酸碱的添加量多少由指示剂颜色的临界点pH来决定；所述用于固载指示剂的基质为多孔的滤纸、硝酸-醋酸混合纤维树脂膜、聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜，以及无孔的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜和聚丙烯膜中的一种或二种以上。所述指示剂颜色变化的临界点是指当pH值大于或小于该值时指示剂的颜色开始发生变化，则此时的pH值即为该指示剂颜色变化的pH值的临界点。所述制备的气体传感器用于气体(NH3、NO2、HF、SO2、H2S、HNO3、HCl等酸碱性气体中的一种或二种以上)检测是通过比色法：将气体传感器置于待测气体环境中或通过气体管路引导待测气体通过传感器从而使指示剂与气体充分接触，通过指示剂颜色的变化对气体的浓度进行定性或半定量检测。本专利技术具有如下优点:1.本专利技术利用不同pH指示剂的颜色变化范围不同对固载指示溶液的pH进行调节，从而使得通过固载方法制备的传感器上的pH指示剂恰好处在其颜色变化的临界点，提高传感器对酸/碱性气体的检测灵敏度；2.由于pH指示剂的颜色变化通常存在一个渐变的范围，所以通常情况下一种指示剂同时存在两个发生颜色变化的临界点。因此同一种指示剂通过调节pH可以制备出两种不同的传感器，一种用于测定酸性气体，而另一种用于测定碱性气体；3.利用固载的方法制备的传感器不仅造价低，而且操作简单，便于现场分析检测。附图说明图1.将溴酚蓝在不同pH值环境下固载，得到的传感器对50ppm的NH3和100ppm的SO2进行检测，其中图a和b为溴酚蓝在不同pH值时的颜色及其与气体反应后的颜色，图c为利用公式计算得到的不同pH环境下指示剂的颜色值H(初始)以及与气体反应后的颜色差值△本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高气体比色传感器对酸/碱性气体检测灵敏度的方法，其特征在于：通过添加酸或碱调节固载指示剂的溶液的pH值后进行固载，指示剂颜色变化的pH值临界点为A，使得固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.1至A+1.5或A‑0.1至A‑1.5，制备得用于酸或碱性气体检测的传感器。

【技术特征摘要】
1.一种提高气体比色传感器对酸/碱性气体检测灵敏度的方法，其特征在于：通过添加酸或碱调节固载指示剂的溶液的pH值后进行固载，指示剂颜色变化的pH值临界点为A，使得固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.1至A+1.5或A-0.1至A-1.5，制备得用于酸或碱性气体检测的传感器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述用于固载指示剂的溶液为硅胶溶胶凝胶溶液或聚合物溶液；制备方法为下述之一，1)硅胶溶胶凝胶的合成：硅氧烷试剂：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：有机溶剂：催化剂：表面活性剂：水以1：2－4：1－2：0.2－0.8：0.1－0.8：0.005－0.04：0.5－1体积比混合，35－85℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液；2)聚合物的合成：①聚乙烯醇：增塑剂：有机溶剂：水以1：2－6：50－100：30－70质量比混合，常温下搅拌反应0.5－3小时，得聚合物A溶液；②聚乙烯醇缩丁醛：增塑剂：有机溶剂以1：3－7：80－120质量比混合，常温下搅拌反应0.5－3小时，得聚合物B溶液；③聚氯乙烯：增塑剂：聚乙二醇：有机溶剂以1：2－6:1－5：50－100质量比混合，常温下反应0.5－3小时，得聚合物C溶液。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，正辛烷三乙氧基硅烷，(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷，(3-氯丙基)三甲氧基硅烷，三甲基氯硅烷中的一种或二种以上；催化剂为0.1-1M的盐酸或硝酸；所用的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温20、L7001、司班60、曲拉通X-100、司班80以及羧甲基纤维素钠中的一种或二种以上。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述聚合物合成过程中所用的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙腈、丙酮、四氢呋...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，李慧，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21