加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法。由于氯气在有H2O存在的情况下能够发生氧化还原的水解反应生成HCl和HClO，酸的生成可以采用pH指示剂进行检测，同时，在有NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3等碱性物质存在时，由于生成的酸可以与上述碱性物质发生酸碱反应，且反应迅速，从而很大程度上加快了Cl2的氧化还原反应速度，同时消耗pH指示剂所处环境中的碱性物质，从而改变了指示剂所处环境的pH值，使得pH指示剂的颜色发生变化，提高了对Cl2的检测灵敏度。另外，通过碱性物质的加入，可以将pH指示剂所处的环境调节到其颜色变化的突变点稍碱性附近，使得指示剂的颜色一旦与酸性物质接触时极易发生颜色变化，从而进一步提高了检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
加碱来提高比色气体传感器对Cl2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，具体说是通过在pH指示剂中加入能够与Cl2发生氧化还原反应的碱性物质，这不但可以加速Cl2氧化还原反应的速度，还能够对固载到基质上的pH指示剂所处环境的pH值进行调节，从而使固载到基质上的指示剂的pH值处于颜色变化的突变点，使得指示剂对Cl2的检测灵敏度大大提高。
技术介绍
氯气是工业上广泛使用的气体，60％以上的商业化学品在其生产过程中要用到氯气，如各种含氯溶剂、致冷剂、分散推进剂、洗涤剂、杀毒剂，染料等的工业生产中。同时，氯气也是一种剧毒气体，即使在低浓度(低于3mg/m3)下，人体长期接触氯气时，亦能严重刺激人的呼吸道粘膜和眼部粘膜，引起接触者的肺通气障碍、支气管炎症、中毒性肺水肿和眼球灼伤。国际健康安全组织公布无害标准是：在氯气浓度为3mg/m3的环境中的时间不得超过10min；我国规定的在不同环境下氯气最高允许浓度分别为：在作业环境空气中为3mg/m3，在居住环境中为0.09mg/m3(日平均)。而人对氯气的嗅觉阂约为9-15mg/m3，这已远远高于无害标准。因此，在工业区或有可能产生相当危害的生活区对空气中的氯气实施实时、实地检测是非常必要的。目前，暂没有便捷又行之有效的实验室分析方法能够满足上述要求。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。由于Cl2具有较强的氧化性，因此可以将有色指示剂氧化，使指示剂的颜色被漂白。理论上来讲，通过简单的比色法就可以对Cl2进行检测。但由于该反应的速率较慢，直接导致检测灵敏度偏低，很难达到国际规定的检测限。由于Cl2在有水存在下可以发生氧化还原的水解反应生成HCl和HClO两种酸，所以可以用pH指示剂通过比色法对其进行检测，特别是在有碱存在的情况下，HCl和HClO与碱发生酸碱反应从而加速了Cl2与水的氧化还原反应速度，同时消耗掉指示剂所处环境中的碱，使得指示剂所处环境的pH值发生改变，从而提高了指示剂的检测灵敏度；另外，通过对加入的碱性物质的量进行调节，能够使指示剂所处环境的pH值在其颜色变化的突变点偏碱性附近，从而使得指示剂的颜色极易发生变化而进一步提高pH指示剂对Cl2的检测灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过在pH指示剂中加入碱性物质促进Cl2氧化还原水解反应的进行，借由氧化还原反应产物HCl，HClO与碱性物质的中和，降低指示剂所处环境的pH值，并通过调节加入碱性物质的量来控制固载后的指示剂所处环境的pH值到其颜色变化的突变点偏碱性附近，从而提高指示剂对Cl2的检测灵敏度的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法，通过加入可以与Cl2水解产物HCl和HClO发生酸碱反应的碱性物质，并通过调节碱性物质的添加量来使得指示剂固载后的pH值为该指示剂颜色变化的突变点附近，指示剂颜色变化突变点的pH值为A，那么固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.01至A+0.5，最终制备得到用于检测Cl2的比色气体传感器。所述用于固载指示剂的溶液为硅胶溶胶凝胶溶液，制备方法为：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。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；所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、环己烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、二甲亚砜、乙醇、丙酮、甲醇、二甲基甲酰胺、乙酸、1-丙醇、正己烷或乙腈中的一种或二种以上；催化剂为0.1-1M的盐酸或硝酸中的一种或二种；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。所述用于调节固载指示剂溶液pH环境的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、四丁基氢氧化铵、氨水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：在2－15mg指示剂中加入1mL固载指示剂的溶液，然后，加入碱性物质的溶液调节指示剂的pH值，超声溶解，取溶液滴涂于基质上，氮气保护下室温干燥，备用；其中碱性物质的添加量多少由指示剂颜色突变点的pH来决定。所述用于固载指示剂的基质为多孔的滤纸、硝酸-醋酸混合纤维素酯膜、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突变点是指当pH值大于或小于该值时，pH指示剂的颜色开始发生明显变化。本专利技术具有如下优点1、本专利技术中的多孔硅胶溶胶凝聚材料可以对指示剂进行有效固载，形成硅胶后，具有很大的比表面积，同时，硅胶的耐酸碱能力相对较强，且透光性好，稳定性高，因此选用该材料将指示剂固载到基质上不但可以增加指示剂与气体接触的比表面积，提高对气体检测的灵敏度，同时还能提高固载后指示剂的稳定性，延长传感器的保存时间，为传感器的商品化提供了可能。2、通过加入碱性物质，加速了Cl2氧化还原水解反应的速度，从而使得指示剂所处环境的pH值降低，导致指示剂的颜色发生变化；通过控制碱性物质的添加量，使得固载后的指示剂所处环境为指示剂颜色变化的突变点偏碱性附近，使得pH值的微小变化而使得指示剂颜色发生很大的变化，从而大大提高指示剂对Cl2的检测灵敏度。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为指示剂氯酚红和溴甲酚紫在用于固载的指示剂溶液中加入或不加入碱性物质两种情况下制备得到的传感器以300mL/min的流速通入浓度为10ppm，湿度为30％的Cl2传感器3min的情况下传感器的响应情况图；图2为指示剂硝氮黄在用于固载的指示剂溶液中加入或不加入碱性物质两种情况下制备得到的传感器放入装有浓度为10ppm，湿度为30％的Cl2的密闭容器中3min传感器的响应情况图；图3为指示剂甲酚红在加入碱性物质调节pH值到指示剂颜色变化的突变点偏碱性环境的情况下制备得到的传感器对湿度为30％，浓度在3-5.5ppm之间的Cl2响应及标准浓度曲线图。具体实施方式实施例1称取两种指示剂氯酚红和溴甲酚紫各两份，每份5mg，然后向每份指示剂中分别加入1mL溶胶凝胶溶液(溶胶凝胶的制备方法为：四乙氧基硅烷：正辛烷三乙氧基硅烷：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：甲苯：0.1M盐酸：吐温20：水以0.5：0.5：3：1.5：0.5：0.4：0.02：1体积比混合得10mL溶液，常温下水解16小时，得硅胶溶胶凝胶溶液)，另外，向一份中加入40微升0.5M的碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法，通过加入可以与Cl2水解产物HCl和HClO发生酸碱反应的碱性物质，并通过调节碱性物质的添加量来使得指示剂固载后的pH值为该指示剂颜色变化的突变点附近，指示剂颜色变化突变点的pH值为A，那么固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.01至A+0.5，最终制备得到用于检测Cl2的比色气体传感器。

【技术特征摘要】
1.加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法，通过加入可以与Cl2水解产物HCl和HClO发生酸碱反应的碱性物质，并通过调节碱性物质的添加量来使得指示剂固载后的pH值为该指示剂颜色变化的突变点附近，指示剂颜色变化突变点的pH值为A，那么固载在基质上的指示剂所处环境的pH值为A+0.01至A+0.5，最终制备得到用于检测Cl2的比色气体传感器。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，制备方法为：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。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。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、环己烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、二甲亚砜、乙醇、丙酮、甲醇、二甲基甲酰胺、乙酸、1-丙醇、正己烷或乙腈中的一种或二种以上；催化剂为0.1-1M的盐酸或...

【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