壽命延長型無機酸檢測帶的製作方法
2023-05-01 16:48:06 1
專利名稱：壽命延長型無機酸檢測帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種壽命延長型無機酸檢測帶且尤其涉及一種當投入使用時在至少三個月時期內具有一致的氣體敏感性和可接受的背景顏色的無機酸檢測帶。
背景技術：
目前，現有無機酸檢測帶可以若干種化學類型為基礎。一種酸檢測系統利用含有pH指示劑染料的無機酸檢測帶。然而，在檢測帶上基於酸的染色是不穩定的且pH指示劑染料本身具有毒性。同樣在所述系統中，酸氣體濃度與色斑強度之間的關係呈非線性，因而需要複雜的光學監測組件。此外，少數pH指示染料適用於所述光學監測組件且所述檢測帶具有約一個月時期的有限有用壽命。
另一種無機酸監測帶系統依靠酸相中的重氮偶合反應來提供強烈紅顏色以指示酸氣體的存在。儘管所述系統對酸氣體敏感，但是所述系統的有用壽命有限。又，所述系統的敏感性和帶背景顏色對具有溫度及光敏感性的帶配方中的化學品(諸如伯胺和偶合試劑)不穩定。隨著時間過去，所述無機酸氣體檢測帶的背景變黑，且由於帶背景變黑，因此帶的敏感性降低。例如，所述帶在4至6周使用期內展現出顯著的背景落差。同樣，在室溫條件下，所述帶在30天時期內的變黑導致30至40％的視覺讀數落差。另外，所述檢測系統具有不穩定的帶敏感性和在30天時期內介於10至20％之間及在90天時期內介於40至60％之間的敏感性減小量。因此，所述無機酸檢測帶系統在其投入使用後有用壽命限於至多30天的時期。因而，所述帶在使用30天時期後必須加以替換以便提供對酸氣體的可接受的監測。
又，酸氣體濃度與帶顏色強度之間的反應速率在檢測低濃度酸氣體時呈非線性。所得的反應曲線為S型，其導致所述無機酸檢測帶回應慢且檢測範圍狹窄。
發明內容
本發明一目的是提供針對現有無機酸檢測帶的有限使用壽命的解決方案。通過利用具有低毒性和減小的溫度及光依賴性的偶氮偶合試劑，以便藉此提供具有至少3個月有用壽命的改良無機酸檢測帶來得到這個解決方案。
本發明一目的是提供無機酸檢測帶，其在室溫條件下經至少90天的延長時期仍具有一致的帶背景穩定性。
本發明另一目的是提供在延長時期內對低酸濃度水平敏感的無機酸檢測帶。
本發明又一目的是提供重氮偶合試劑，其經延長時期可在穩定的氣體檢測帶中具有低抗毒性和減小的溫度及光依賴性。
本發明又一目的是提供在擴展pH範圍內具有穩定性的鹼化無機酸檢測帶。
本發明另一目的是使用多元醇使酸檢測帶均勻地浸漬有重氮偶合試劑以提供在至少90天內具有溼度及樣本氣體捕獲功效的帶。
根據本發明，提供用於檢測無機酸氣體(諸如鹽酸、氫溴酸、氫氟酸、氫碘酸、硝酸、硫酸、磷酸和乙酸)的酸氣體檢測帶，且當其投入使用時可使無機酸檢測紙的有效壽命延長到至少三個月的時期。
通過使纖維素紙基材通過含有配方溶液的浴槽，可使壽命延長型無機酸檢測帶浸透有配方溶液。該配方溶液包括以溶劑總體積計介於8至9體積％之間的pH緩衝液，並將以溶劑總重量計介於約0.07至0.10重量％之間的試劑級變色酸作為偶合劑添加到該組合物中。向該配方組合物中添加以溶劑總重量計在0.25至0.38重量％組成範圍內的硝酸鈉以利於進行重氮化反應。向該組合物中添加以溶劑總重量計介於0.3至0.5重量％之間的溴化鈉穩定劑，且向該組合物中添加以溶劑總重量計介於0.15至0.35重量％之間的重氮化偶合劑試劑級對胺基苯磺酸。向該組合物中添加以溶劑總體積計介於4至4.5體積％之間的含有0.1％乙基紅的pH指示劑，且向該組合物中添加以溶劑總體積計介於4至5.5體積％之間的包含多元醇的溼潤劑。將各個試劑按所示順序溶解於其量介於3.3至3.5升之間的作為溶劑的甲醇中。
當適當地混合配方溶液時，接著使紙帶基材穿過含有所述配方溶液的浴液。接著使經塗覆的紙基材穿過一米長的烘箱，所述烘箱維持在70至80℃的溫度範圍內。經塗覆的帶紙以介於每分鐘2.2至3.4米之間的速度穿過烘箱。從乾燥烘箱退出的經乾燥無機酸檢測帶具有淡淡的或輕微的黃顏色。
圖1為室溫條件下根據本發明的壽命延長型無機酸檢測帶的背景穩定性的圖表，其與慣用的無機酸檢測帶的背景穩定性相比較。
圖2為高溫條件下根據本發明的壽命延長型無機酸檢測帶的帶敏感性穩定性的圖表，其與慣用的無機酸檢測帶的背景穩定性相比較。
圖3為室溫條件下根據本發明的壽命延長型無機酸檢測帶的敏感性穩定性的圖表，其與慣用的無機酸檢測帶的敏感性穩定性相比較。
圖4為高溫條件下根據本發明的壽命延長型無機酸檢測帶的敏感性穩定性與習用無機酸檢測帶的敏感性穩定性的比較圖形。
圖5為根據本發明的壽命延長型無機酸檢測帶在低最終氣體濃度下的響應時間與習用無機酸檢測帶的響應時間的比較圖形。
具體實施例方式
本發明涉及用於監測環境中的無機酸存在的壽命延長型無機酸檢測帶。用根據本發明的配方溶液浸透纖維素帶紙基材(確定為從Whatman公司購得的Chroma-1)以提供具有至少90天延長壽命的檢測帶。
該配方溶液包含由0.26M氫氧化鈉加上0.009M硼砂形成的pH緩衝液，其佔溶劑總體積的8至9體積％。或者，pH緩衝液可為0.28M氫氧化鈉加上0.15M 3-(環己基氨基)-1-丙烷磺酸(下文稱作CAPS)，其佔溶劑總體積的8至9體積％。通過減少pH緩衝液的量可增加帶敏感性並同時增加背景變黑作用。將緩衝溶液的量增加到超過這個範圍將會導致配方溶液的敏感性降低。pH緩衝物質和丙氧基化二醇溼潤劑用於穩定檢測帶。
將以溶劑總重量計介於0.07至0.1重量％之間的試劑級變色酸偶合劑添加到配方溶液中。通過增加配方中這個偶合劑的量，帶背景的背景變黑作用加速，歸因於導致偶合劑自偶合的過量偶合劑。
配方溶液可視情況含有以溶劑總重量計約0.05至0.11重量％的試劑級N-萘基乙二胺二鹽酸鹽(下文稱作NED)。NED是用於增加對鹽酸氣體的敏感性。背景變黑作用加速更快，歸因於導致反應機制中發生自偶合的過量偶合劑。可選的偶合劑NED也可從N，N-二甲基苯胺、亞氨基二苄和龍膽酸組成的群組中選出。配方溶液進一步包括用於重氮化反應的亞硝酸鈉。亞硝酸鈉的量以溶劑總重量計介於0.25至0.38重量％之間。
又，所述配方利用包含溴化鈉的穩定劑。穩定劑的量以溶劑總重量計介於0.032至0.05重量％之間。
配方溶液進一步包括作為重氮化偶合劑的試劑級對氨基苯磺酸。偶合劑的量以溶劑總重量計介於0.15至0.35重量％之間。偶合劑也可從間氨基苯甲酸、鄰氨基苯甲酸、間氨基乙醯苯胺和對硝基苯胺組成的群組中選出。配方溶液另外包括以溶劑總體積計介於4至4.5體積％之間的含有0.1％乙基紅的pH指示劑。pH指示劑在pH為約4.5時顯紅色且在pH為6.5時顯黃色。通過增加pH指示劑的量，在開始檢測時線性度得到提高。希望與酸氣體接觸時顏色由無色/黃色變化至紅色或藍色。用於配方溶液中的可接受的額外指示劑可從乙基橙、甲基紅和皂黃組成的群組中選出。
最後，將以溶劑總體積計介於4至5.5體積％之間的溼潤劑(包含一部分乙二醇和一部分丙氧基化丙三醇)添加到配方溶液中。通過降低多元醇中丙氧基化丙三醇的量，檢測帶曝露於目標氣體時其敏感性得到增加。然而，帶背景變黑作用更加迅速地發生。通過增加這個溼潤劑物質的量來降低敏感性。可利用的其它溼潤劑為聚乙二醇或丙三醇。
將各個試劑(包括pH緩衝液和偶合劑、用於重氮化作用的亞硝酸鹽、穩定劑、重氮化偶合劑、pH指示劑和溼潤劑)按所述順序溶解於作為溶劑的3.3至3.5升甲醇中。儘管乙醇也可用作溶劑，但是這個溶劑導致敏感性減弱且氣體捕獲功效降低。
如(1)所示，配方溶液中所存在的亞硝酸根離子和芳族胺與樣品氣流中所存在的酸氣體反應以形成中間體重氮鹽。這個重氮鹽的特徵在於含有重氮離子，其為親電子試劑，意欲獲得可共享的電子物質以達到平衡。
如(2)所示，重氮鹽與芳族偶合化合物變色酸偶合以形成紅-橙色的偶氮錯合物。
這些錯合物在浸透的壽命延長型無機酸檢測帶上為看得見的色斑。色斑在帶上的強度與樣品流中所存在的毒性氣體的量有關。
利用這個酸檢測帶可檢測無機酸，包括溴化氫、氯化氫、氟化氫、碘化氫、硝酸、硫酸、磷酸和乙酸。
檢測帶包含纖維素紙基材，其在市場上售作Chroma-1。通過使紙帶穿過含有配方溶液的浴液，用配方溶液浸透紙式檢測帶。接著使所述帶穿過具有大約一米長度且維持在70至80℃之間的烘箱。經浸透帶在烘箱中以一定速度前進以提供在烘箱中介於約45至75秒之間的滯留時間。在退出烘箱時，所述帶具有淡淡的黃顏色且將其纏繞到帶盒上。
如圖1至5中所示，與根據現有技術中的樣品檢測帶D相比較而言，用配方溶液的變體浸透紙式檢測帶以提供各種樣品A至C。在圖1至5中，樣品A為利用含有硼砂和多元醇的pH緩衝液的標準配方溶液，所述多元醇為一部分乙二醇和一部分丙氧基化丙三醇；樣品B為樣品A的標準配方溶液，其中所述pH緩衝液含有少於10％的丙氧基化丙三醇；樣品C為樣品A的標準配方溶液，其中所述pH緩衝液包括3-(環己基氨基)-1-丙烷磺酸(CAPS)；且樣品D為代表現有技術的含有對硝基苯胺的紙式檢測帶，芳族胺發生反應以提供重氮鹽，其接著與偶合化合物N-萘基伸乙基二鹽酸鹽反應。
特定而言，在圖1和圖2中，用配方溶液處理紙式檢測帶樣品A至C且提供超過90天的穩定背景。特定而言，在圖1中，背景在室溫條件下於100視覺計數內變化，在90天內有5％落差，且在圖2中，在高溫條件下於100至300視覺計數內變化，指示10％落差。又，如圖3和圖4中所示，在室溫下(圖3)和高溫下(圖4)用配方溶液處理紙式檢測帶樣品A至C且在至少90天內提供10％以內的敏感性，而慣用的酸檢測帶(由樣品D代表)導致介於約40至60％之間的敏感性落差。
另外，如圖5中所示，與現有酸檢測帶樣品D相比較，用配方溶液處理紙式檢測帶樣品A和C，對於低酸氣體濃度水平而言，可提供增加的回應時間。
將以上圖解說明和描述當作本發明的優選實施例，儘管如此，應了解所述描述和說明僅僅是示範性的且在不偏離本發明精神的情況下可對其進行多種修改和調整。
權利要求
1.一種用於檢測空氣流中無機酸的檢測帶，所述檢測帶浸透有配方溶液，所述配方溶液基本上由下列組成(a)以溶劑總體積計其濃度介於約8至9體積％之間的pH緩衝物質；(b)以溶劑總重量計介於0.07至0.10重量％之間的第一偶合劑；(c)與所述酸氣體和重氮化偶合劑反應以形成重氮鹽的亞硝酸鈉，所述亞硝酸鈉具有以溶劑總重量計介於約0.25至0.38重量％之間的濃度；(d)以溶劑總重量計介於約0.30至0.50重量％之間的溴化鈉穩定劑；(e)以溶劑總重量計介於約0.15至0.35重量％之間的所述重氮化偶合劑；(f)以溶劑總體積計介於4至4.5體積％之間的pH指示劑；和(g)以溶劑總體積計介於4至5.5體積％之間的包含多元醇的溼潤劑，其中所述配方溶液的各成份溶解於3.3至3.5升甲醇溶劑中。
2.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述pH緩衝物質是從基本上由0.26M氫氧化鈉和0.009M硼酸鈉或0.028M氫氧化鈉和0.15M 3-(環己基氨基)-1-丙烷磺酸或0.26M氫氧化鈉和0.012M碳酸氫鈉組成的群組中選出。
3.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述第一偶合劑為試劑級變色酸。
4.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述重氮化偶合劑是從基本上由試劑級對氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸、鄰氨基苯甲酸、間氨基乙醯苯胺和對-硝基苯胺組成的群組中選出。
5.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述pH指示劑是從基本上由乙基紅、乙基橙、甲基紅和皂黃組成的群組中選出。
6.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述溼潤劑是從基本上由一部分乙二醇加上一部分丙氧基化丙三醇或聚乙二醇或丙三醇組成的群組中選出。
7.根據權利要求1所述的配方溶液，其中所述配方溶液進一步包括一在添加所述溴化鈉穩定劑之後添加到所述配方溶液中的第二偶合劑。
8.根據權利要求7所述的配方溶液，其中所述第二偶合劑是從基本上由試劑級N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽、N，N-二甲基苯胺、亞氨基二苄和龍膽酸組成的群組中選出。
全文摘要
本發明涉及一種無機酸檢測帶，其包括浸透有配方溶液的纖維素紙基材且提供一種當投入使用時具有至少三個月時期的壽命延長型檢測帶。
文檔編號G01N31/22GK1789986SQ20051009357
公開日2006年6月21日 申請日期2005年8月26日 優先權日2004年8月27日
發明者山口珠實 申請人:策爾韋格分析股份有限公司