一种SO2气体在线监测传感器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种SO2气体在线监测传感器及其应用，具体说是利用指示剂在遇到一定浓度的SO2气体的时候会发生颜色变化，且在SO2浓度变为零的时候指示剂的颜色又重新回到其初始颜色的特点设计一种SO2气体在线监测传感器。将制备好的传感器通过进出气口连接到气体管路中，通过成像设备定时采集传感器中指示剂的图像并利用软件提取指示剂颜色的RGB值并与指示剂初始颜色的RGB值进行差减，从而得到指示剂颜色变化的差值ΔR，ΔG，和ΔB。利用公式最终计算得到通入一定浓度的SO2气体后指示剂的颜色变化值，并带入SO2的标准曲线公式，最终计算得到未知浓度SO2的浓度值。制备得到的传感器具有造价低，检测灵敏度高，便于现场检测等优点。

An on-line monitoring sensor for SO2 gas and its application

The present invention relates to a SO2 gas on-line monitoring sensor and its application, particularly when using indicator in SO2 gas meet certain concentration would change color, design features and SO2 concentration becomes zero when the color of the indicator returned to its initial color for on-line monitoring of SO2 gas sensor. The prepared sensor connected to the gas pipeline through an air inlet and an air outlet, an image sensor in the indicator by imaging equipment timing and use the software to extract the color of the indicator and the indicator of initial RGB value and the RGB color value subtraction, resulting in color change value Delta R, Delta G and Delta B. Finally, the color change value of indicator is obtained after the calculation of a certain concentration of SO2 gas, and the formula of standard curve is introduced into SO2. Finally, the concentration of SO2 of unknown concentration is calculated. The prepared sensors have the advantages of low cost, high sensitivity, and easy to detect in the field.

【技术实现步骤摘要】
一种SO2气体在线监测传感器及其应用
本专利技术涉及质量监测
，具体说是一种SO2气体在线监测传感器及其应用，所述传感器可重复利用，通过光化学比色法可对SO2气体进行实时在线监测。
技术介绍
SO2是空气中最重要的一种含硫污染物，是一种辛辣的并且为窒息性的无色气体。二氧化硫在很大程度上是人类活动产生的各种痕量粒种，这些痕量粒种受到物理的、化学的和生物的作用并参与地球化学循环，对全球大气环境及生态产生重大影响，例如化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层糟破坏等无不与SO2有关。SO2也是形成现代“烟雾”的光化学反应的参与者。长期吸入SO2会发生慢性中毒，不仅使呼吸道疾病加重，而且对肝、肾、心脏均有害。SO2在大气中经光照射以及某些金属粉尘进入工业烟尘中而极易被氧化成SO3，与空气中的水蒸气结合形成硫酸雾，对金属制品、建筑物、土壤和江河湖泊产生酸化作用。中国是一个以燃煤为主的国家，煤炭在我国一次能源消耗总量的70％以上。随着经济的发展，我国煤炭消耗量逐年增加，煤炭排放的SO2也不断增加，最近多年我国二氧化硫的排放总量都在2000万吨以上，其中工业SO2排放量占全国SO2排放总量的80％以上，控制工业SO2的排放对于减少SO2排放具有重要意义，因此需要对SO2气体进行实施在线监测。科学家们已对SO2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。
技术实现思路
本专利技术涉及一种SO2气体在线监测传感器及其应用，具体说是利用指示剂在遇到一定浓度的SO2气体的时候会发生颜色变化，且在SO2浓度变为零的时候指示剂的颜色又重新回到其初始颜色的特点，将指示剂通过溶胶凝胶固载到基质后置于透明盒中，透明盒上设置进气口和出气口，其它部位密封，得到用于SO2气体检测的传感器。将制备好的传感器通过进出气口连接到气体管路中，通过成像设备定时采集传感器中指示剂的图像并利用软件提取指示剂颜色的RGB值并与指示剂初始颜色的RGB值进行差减，从而得到指示剂颜色变化的差值ΔR，ΔG，和ΔB。利用公式最终计算得到通入一定浓度的SO2气体后指示剂的颜色变化值，并带入SO2的标准曲线公式，最终计算得到未知浓度SO2的浓度值。制备得到的传感器具有造价低，检测灵敏度高，便于现场检测等优点。具体的，本专利技术采用的技术方案为：一种SO2气体在线监测传感器，制备方法包括指示剂的溶解及pH值的调节，指示剂的固载，传感器的制备；(1)指示剂的溶解及pH值的调节：称取指示剂，加入用于固载指示剂的溶液，超声溶解后再向其中加入碱性溶液，得到指示剂溶液M，设指示剂突变点的pH值为A，则使指示剂溶液M的pH值为A+0.01至A+2，其中，将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水混合，于35－85℃温度下，搅拌水解得到用于固载指示剂的溶液；(2)指示剂的固载：取制备好的指示剂溶液M，采用滴涂法将指示剂溶液M固定到基质上，在空气中放置一段时间使指示剂溶液M中的有机溶剂完全挥发，然后将其移入避光的氮气环境中存放，备用；(3)传感器的制备：取透明盒，将步骤(2)制得的固载有指示剂的基质裁切后置于透明盒中，得到SO2气体在线监测传感器，所述透明盒能够拆卸和密封，盒体设有进气口和出气口。所述指示剂包括刚果红、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；所述碱性溶液为浓度在0.1-1mol/L的氢氧化钠、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。步骤(1)中所述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、1-丙醇、正己烷或乙腈中的一种或一种以上；所述催化剂为0.1-1mol/L的盐酸或硝酸；所述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、SilwetL-7001、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。步骤(1)中指示剂与用于固载指示剂的溶液的质量体积比范围为1-10mg:1mL；步骤(1)中所述用于固载指示剂的溶液为硅胶溶胶凝胶溶液，其制备方法为：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的体积比混合，35－85℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液。步骤(2)中，将指示剂滴涂到基质上后先在空气中放置10－30min使得用于溶解指示剂的有机溶剂完全挥发，然后于氮气环境中存放24－72h。步骤(2)所述用于固载指示剂的基质为多孔滤纸、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。本专利技术提供一种上述SO2气体在线监测传感器的应用，具体为：将传感器的进气口和出气口连接到气路中，在相同或不同的时间间隔内通入含相同或不同浓度SO2的待测气体，传感器中指示剂与待测气体中的SO2发生响应，发生颜色变化，当SO2浓度归于零时，传感器中指示剂的响应变为零，根据所需监测的时间间隔，通过彩色成像设备对传感器成像，记录传感器中指示剂的颜色变化，将颜色变化通过RGB数字化后，并将指示剂颜色的初始RGB值与其进行差减，得到△R、△G以及△B，再利用公式计算得到通入不同浓度SO2后指示剂的颜色变化值ED，从而构建传感器中通入的SO2的时间-颜色变化值工作曲线；得到的SO2的时间-颜色变化值工作曲线表示时间范围内浓度的变化情况。按照本专利技术的方案，本专利技术还提供一种上述SO2气体在线监测传感器的应用：(1)建立特定指示剂在特定浓度范围内的SO2的浓度-颜色变化值标准曲线：将传感器的进气口和出气口连接到气路中，通入3个以上(具体通入已知不同浓度SO2的个数可以为5个-10个，或者10个以上，如需测定较宽浓度范围的线性关系，可以适当增加，其浓度值的间隔也可以根据具体的情况进行调整)已知不同浓度SO2的待测气体，传感器中指示剂与待测气体中的SO2发生响应，发生颜色变化，根据所需监测的SO2浓度值，通过彩色成像设备对传感器成像，记录传感器中指示剂的颜色变化，将颜色变化通过RGB数字化后，将指示剂颜色的初始RGB值与其进行差减，得到△R、△G以及△B，再利用公式计算得到通入不同浓度SO2后指示剂的颜色变化值ED，从而建立传感器中特定指示剂、SO2特定浓度范围内SO2的浓度-颜色变化值标准曲线；(2)检测待测气体中未知浓度的SO2浓度值：在线监测过程中，将传感器的进气口和出气口连接到气路中，通入未知浓度SO2的待测气体，传感器中指示剂与待测气体中的SO2发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SO2气体在线监测传感器，其特征在于：制备方法包括指示剂的溶解及pH值的调节，指示剂的固载，传感器的制备；(1)指示剂的溶解及pH值的调节：称取指示剂，加入用于固载指示剂的溶液，超声溶解后再向其中加入碱性溶液，得到指示剂溶液M，设指示剂突变点的pH值为A，则使指示剂溶液M的pH值为A+0.01至A+2，其中，将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水混合，于35－85℃温度下，搅拌水解得到用于固载指示剂的溶液；(2)指示剂的固载：取制备好的指示剂溶液M，采用滴涂法将指示剂溶液M固定到基质上，在空气中放置一段时间使指示剂溶液M中的有机溶剂完全挥发，然后将其移入避光的氮气环境中存放，备用；(3)传感器的制备：取透明盒，将步骤(2)制得的固载有指示剂的基质裁切后置于透明盒中，得到SO2气体在线监测传感器，所述透明盒能够拆卸和密封，盒体设有进气口和出气口。

【技术特征摘要】
1.一种SO2气体在线监测传感器，其特征在于：制备方法包括指示剂的溶解及pH值的调节，指示剂的固载，传感器的制备；(1)指示剂的溶解及pH值的调节：称取指示剂，加入用于固载指示剂的溶液，超声溶解后再向其中加入碱性溶液，得到指示剂溶液M，设指示剂突变点的pH值为A，则使指示剂溶液M的pH值为A+0.01至A+2，其中，将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、表面活性剂和水混合，于35－85℃温度下，搅拌水解得到用于固载指示剂的溶液；(2)指示剂的固载：取制备好的指示剂溶液M，采用滴涂法将指示剂溶液M固定到基质上，在空气中放置一段时间使指示剂溶液M中的有机溶剂完全挥发，然后将其移入避光的氮气环境中存放，备用；(3)传感器的制备：取透明盒，将步骤(2)制得的固载有指示剂的基质裁切后置于透明盒中，得到SO2气体在线监测传感器，所述透明盒能够拆卸和密封，盒体设有进气口和出气口。2.根据权利要求1所述的SO2气体在线监测传感器，其特征在于：所述指示剂包括刚果红、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；所述碱性溶液为浓度在0.1-1mol/L的氢氧化钠、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。3.根据权利要求1所述的SO2气体在线监测传感器，其特征在于：步骤(1)中所述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、1-丙醇、正己烷或乙腈中的一种或一种以上；所述催化剂为0.1-1mol/L的盐酸或硝酸；所述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、SilwetL-7001、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1或2所述的SO2气体在线监测传感器，其特征在于：步骤(1)中指示剂与用于固载指示剂的溶液的质量体积比范围为1-10mg:1mL；步骤(1)中所述用于固载指示剂的溶液为硅胶溶胶凝胶溶液，其制备方法为：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的体积比混合，35－85℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液。5.根据权利要求1所述的SO2气体在线监测传感器，其特征在于：步骤(2)中，将指示剂滴涂到基质上后先在空气中放置10－30min使得用于溶解指示剂的有机溶剂完全挥发，然后于氮气环境中存放24－72h。6.根据权利要求1所述的SO2气体在线监测传...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，李慧，孟虎，
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