一种基于相分离蓄水结构的传感膜及其制备方法和应用技术

技术编号：41418158 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-21 20:51

本申请公开了一种基于相分离蓄水结构的传感膜及其制备方法和应用。所述传感膜包括疏水聚合物、pH指示剂、两亲型表面活性剂、有机酸；所述两亲型表面活性剂的疏水端与所述疏水聚合物连接，所述两亲型表面活性剂的亲水端向内聚合形成微囊；所述pH指示剂和无机酸包埋与所述微囊内；所述有机酸选自柠檬酸、酒石酸、草酸、丙三酸、对甲基苯磺酸中的至少一种。本申请基于相分离形成疏水性工作层以及亲水性蓄水层，切断了传统基于pH指示剂的氨气传感膜内外存在水分子交换通道，抑制了湿度对传感膜的干；有机酸包埋于蓄水层由亲水端聚合形成的微囊内，延长了pH指示剂的使用寿命。

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【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种基于相分离蓄水结构的传感膜及其制备方法和应用，属于有毒有害气体监测。

技术介绍

1、氨气是环境中很常见的一种气体，其主要来源主要有三种，第一种是通过生物固氮；第二种是通过氨化作用，主要包括农业、树叶分解和动物排放等过程；第三种则是来源于化学工业和机动车辆尾气排放。同时，氨气也是一种对人身体健康有害的气体，氨气浓度过高会威胁到人的生命安全，特别是化工车间的场地内氨基的含量需要密切关注，此外氨气也是蛋白类食品腐败的代谢产物，可以用于监测食品新鲜程度。因此，需要制备一种用于检测氨气的传感器装置十分重要。现如今的商用氨气传感器大多具有价格高昂、不易便携、响应缓慢等缺点，而比色传感器由于具有价格低廉、响应迅速、检测方便、便于携带等特点，受到广泛关注。氨气的比色检测可以通过不同类型的化学变色试剂，如卟啉基团或ph指示剂基薄膜来进行。前一种方法已显示出具有较差的选择性，因此通常用于比色阵列，确定存在的气体及其浓度。后一种方法也经过了较多的研究，但受到湿度干扰严重。同时，由于存在无机酸，ph指示剂使用寿命较短，无法满足商品化使用。

技术实现思路

1、本申请基于相分离形成疏水性工作层以及亲水性蓄水层，切断了传统基于ph指示剂的氨气传感膜内外存在水分子交换通道，抑制了湿度对传感膜的干；有机酸包埋于蓄水层由亲水端聚合形成的微囊内，延长了ph指示剂的使用寿命。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种基于相分离蓄水结构的传感膜，包括疏水聚合物、ph指示剂、两亲型表面活性剂、有机酸；</p>

3、所述两亲型表面活性剂的疏水端与所述疏水聚合物连接，所述两亲型表面活性剂的亲水端向内聚合形成微囊；

4、所述ph指示剂和有机酸包埋与所述微囊内；

5、所述有机酸选自柠檬酸、酒石酸、草酸、丙三酸、对甲基苯磺酸中的至少一种。

6、该传感膜通过物理包埋的ph指示剂对氨气与聚合物薄膜蓄水层中水分子水合形成氨水所引起的ph变化，可对氨气进行有效的检测。该传感膜在酸性条件下指示剂不会失活，此外，由于表面活性剂的引入，在薄膜表面形成疏水/亲水分离层，抑制了环境空气中水分子的渗透，切断了传统基于ph指示剂的氨气传感膜内外存在的水分子交换通道，保持了薄膜结构的稳定。而亲水端的结合水可以保证氨气的水合，从而实现了所专利技术的薄膜在百分之百相对湿度条件下颜色值与氨气浓度成比例关系。

7、可选地，所述两亲型表面活性剂选自司盘、吐温、曲拉通中的至少一种；

8、其中所述司盘为失水山梨醇脂肪酸酯；

9、所述吐温为聚山梨酯；

10、所述曲拉通为聚乙二醇对异辛基苯基醚。

11、可选地，所述ph指示剂选自甲基橙、四溴酚蓝、溴甲酚绿、氯酚红、茜素红、刚果红、酸性品红、二甲酚橙、溴甲酚紫、溴酚蓝中的至少一种。

12、可选的，所述疏水聚合物选自甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯中的至少一种。

13、可选地，所述疏水聚合物的聚合度为10000～1000000。

14、根据本申请的再一个方面，提供一种上述传感膜的制备方法，将含疏水聚合物、两亲型表面活性剂、ph指示剂、有机酸和有机溶剂的溶液涂覆在塑料或玻璃上，真空干燥，得到所述传感膜。

15、可选地，所述传感膜中各组分的质量占比为：疏水聚合物100～500份，两亲型表面活性剂100～1000份，ph指示剂1～20份，有机酸1～100份。

16、可选地，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、甲苯、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

17、可选地，在所述有机溶剂中所述疏水聚合物质量分数为0.1～5wt％。

18、可选地，在所述有机溶剂中所述疏水聚合物质量分数为0.1wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％中的任意值或两值之间的范围值。

19、根据本申请的又一个方面，提供了一种测量氨气的方法，包括以下步骤：

20、a)将传感膜置于气体检测腔内，通入一系列已知浓度的氨气，待传感膜颜色稳定后，记录传感膜的颜色值；

21、b)以氨气的浓度为横坐标，以薄膜颜色值为纵坐标，得到标准工作曲线；

22、c)在与步骤a)相同的条件下，向气体检测腔内通入未知浓度的氨气，利用步骤b)获得的标准工作曲线，通过传感膜颜色值变化，得到未知浓度的氨气浓度；

23、其中，所述传感膜选自上述传感膜，或根据上述制备方法得到的传感膜。

24、可选地，所述薄膜颜色值基于rgb或hsv进行对比辨别。

25、本申请能产生的有益效果包括：

26、1)本申请所提供的传感膜，引入两亲型表面活性剂，在薄膜表面形成疏水/亲水分离层，抑制了环境空气中水分子的渗透，切断了传统基于ph指示剂的氨气传感膜内外存在的水分子通道，保持了传感膜结构的稳定。

27、2)本申请所提供的传感膜，采用有机酸，响应速度快，使传感膜在酸性条件下不会失活，且增加了传感膜的使用寿命。

28、3)本申请所提供的传感膜，利用蓄水层代替环境结合水，保证了在高湿度条件下氨气的精准监测。

29、4)本申请所提供的制备方法，具有制备方法简单，成本低。

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【技术保护点】

1.一种基于相分离蓄水结构的传感膜，其特征在于，包括疏水聚合物、pH指示剂、两亲型表面活性剂、有机酸；

2.根据权利要求1所述的传感膜，其特征在于，所述两亲型表面活性剂选自司盘、吐温、曲拉通中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的传感膜，其特征在于，所述pH指示剂选自甲基橙、四溴酚蓝、溴甲酚绿、氯酚红、茜素红、刚果红、酸性品红、二甲酚橙、溴甲酚紫、溴酚蓝中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的传感膜，其特征在于，所述疏水聚合物选自甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯中的至少一种；

5.一种权利要求1至4任意一项所述的传感膜的制备方法，其特征在于，将含疏水聚合物、两亲型表面活性剂、pH指示剂、有机酸和有机溶剂的溶液涂覆在塑料或玻璃上，真空干燥，得到所述传感膜。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述传感膜中各组分的质量占比为：疏水聚合物100～500份，两亲型表面活性剂100～1000份，pH指示剂1～20份，有机酸1～100份。

7.根据权利要求5所述的制备方法

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述有机溶剂中所述疏水聚合物质量分数为0.1～5wt％。

9.一种测量氨气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的测量氨气的方法，其特征在于，所述薄膜颜色值基于RGB或HSV进行对比辨别。

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【技术特征摘要】

1.一种基于相分离蓄水结构的传感膜，其特征在于，包括疏水聚合物、ph指示剂、两亲型表面活性剂、有机酸；

2.根据权利要求1所述的传感膜，其特征在于，所述两亲型表面活性剂选自司盘、吐温、曲拉通中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的传感膜，其特征在于，所述ph指示剂选自甲基橙、四溴酚蓝、溴甲酚绿、氯酚红、茜素红、刚果红、酸性品红、二甲酚橙、溴甲酚紫、溴酚蓝中的至少一种。

5.一种权利要求1至4任意一项所述的传感膜的制备方法，其特征在于，将含疏水聚合物、两亲型表面活性剂、ph指示剂、有机酸和有...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，王昱，
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：

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