納米氧化鎂在檢測氣體中醋酸乙烯中的應用的製作方法

2023-11-30 23:42:41

專利名稱：：納米氧化鎂在檢測氣體中醋酸乙烯中的應用的製作方法
技術領域：
：本發明涉及測量領域，具體涉及利用物質的化學特性檢測其含量。
背景技術：
：醋酸乙烯(CH2=CHOOCCH3)是一種用途廣泛的化學藥劑，主要用於有機合成(如合成維尼綸)、製備粘結劑和塗料工業等，但是醋酸乙烯對人體和環境都具有較大的危害性。醋酸乙烯對人體健康危害主要體現在其蒸汽會刺激眼睛、皮膚和呼吸道，高濃度或長時間接觸會引起皮膚刺激(起泡，灼傷，皮炎)，眼睛刺激，腫損傷，中樞神經系統改變以及心肝損傷。另外，由研究表明醋酸乙烯具有高的潛在致癌性，被加利福尼亞環境保護機構的環境健康危害物評估署認定為動物致癌物。醋酸乙烯對環境的危害主要體現在其易燃性醋酸乙烯蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；遇明火、高熱能引起燃燒爆炸；與氧化劑能發生強烈反應；極易受熱、光或微量的過氧化物作用而聚合；其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。目前，監測醋酸乙烯的方法主要是氣相色譜法和氣相色譜-質譜法，其中氣相色譜-質譜法具有很高的選擇性及靈敏度，檢出限也較好，但所用儀器的體積龐大，操作複雜，不能即時檢測，而且價格昂貴，維修成本高。納米氧化鎂是隨著納米材料技術的發展而出現的一種新型功能精細無機材料，其粒徑介於l-100nm，具有鹼性氧化物的通性，且高度耐火和絕緣，廣泛應用於高級陶瓷材料、電器絕緣材料、化妝品、香粉、油漆、橡膠填充劑、酸性氣體吸附劑、催化劑載體等領域，有著廣闊的應用前景和巨大的經濟潛力，但未見該材料在檢測醋酸乙烯方面的報導。
發明內容本發明要解決的技術問題提供一種納米氧化鎂的新用途。上述新用途是納米氧化鎂在檢測氣體中醋酸乙烯中的應用。本發明人實驗中發現，適宜的條件下含醋酸乙烯的氣體在納米氧化鎂材料上可產生催化發光現象，便聯想到利用該現象可檢測氣體中醋酸乙烯的含量，進而研究出實用的檢測方法，該方法是(1)將醋酸乙烯濃度為22000ppm的氣體樣品以400mL/min的流速流經加熱至331'C的表面塗有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產生化學發光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號，然後將每一氣體樣品的光波信號強度和醋酸乙烯濃度進行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號強度的線性方程；(2)採用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號強度的相同方法檢測得到待測氣體所發出的光波信號強度，將該光波信號強度值代入步驟(1)所得到的線性方程，算得待測氣體中醋酸乙烯的含量。本發明上述方法中，檢出光波信號和將所得光波信號強度和醋酸乙烯氣體濃度的數據進行線性回歸處理的儀器為公知的微弱發光檢測儀或其它類似儀器。為了更好地實施本發明所述的方法，使醋酸乙烯氣體在加熱的納米氧化鎂外表產生化學發光，本發明還提供一種傳感器，該傳感器由石英管、陶瓷電加熱管、檢波波長為425nm的濾波片和光電倍增管組成，其中，所述的陶瓷電加熱管插在石英管內；所述的濾波片設在石英管的外側，受光面與陶瓷電加熱管平行；所述的光電倍增管與光學濾波片同軸並串設在光學濾波片的背光面；其特徵是所述的陶瓷電加熱管外表塗有納米氧化鎂材料。本發明利用醋酸乙烯氣體在預設的條件下氧化發光特性設計出醋酸乙烯氣體傳感器，並使用該傳感器檢出波長為425rnn的光譜信號，從而測出被測氣體的醋酸乙烯氣體濃度，具有簡單、穩定、快速、準確優點，可廣泛用於工業生產中的在線檢測、環境監測以及生物醫學中。以下通過具體實施例和效果實驗來幫助公眾更好地理解本發明的技術方案所預期的有益效果。圖1為一種實施本發明方法的檢測系統結構示意圖。圖2是用不同幹涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度和信噪比的曲線圖，其中+是相對發光強度曲線，+是信噪比曲線。圖3是不同催化溫度下測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度和信噪比的曲線圖，其中+是相對發光強度曲線，+是信噪比曲線。圖4是不同載氣流速下測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度曲線圖。圖5是納米氧化鎂對不同物質的催化發光強度的比較圖。圖6是納米氧化鎂在100小時內對醋酸乙烯氣體的催化發光強度的變化圖。圖7是醋酸乙烯濃度和發光強度的標準曲線。圖8是700s內5次重複注射醋酸乙烯的發光強度比較圖。具體實施例方式例1(醋酸乙烯氣體傳感器的製作)參見圖1，本發明所述的醋酸乙烯傳感器雙點劃線框內的部件組成，其中，一陶瓷電加熱管1插在具有氣體進口2-1和氣體出口2-2的石英玻璃管2內構成化學發光反應室，陶瓷電加熱管1的黑色部分塗有納米氧化鎂光學濾波片3的檢波波長為425nm，設在石英玻璃管2的外側，受光面與陶瓷電加熱管平行；光電倍增管4與光學濾波片3同軸，串設在光學濾波片3的背光面。例2(檢測系統的組成)下述實驗所採用的檢測系統如圖1所示，本系統由雙點劃線框內的醋酸乙烯氣體傳感器、中國科學院生物物理研究所研製的微弱發光檢測儀5和溫度控制器6組成，其中，溫度控制器5採集陶瓷電加熱管1的表面溫度(即反應室溫度)反饋控制醋酸乙烯氣體傳感器中的陶瓷電加熱管1輸出功率，使石英玻璃套2的表面保持恆溫；所述醋酸乙烯氣體傳感器中光學濾波片3傳出的光信號經光電倍增管4轉變成電信號後再送入微弱發光檢測儀6放大和處理。例3本例是採用例1所述傳感器組成例2所述檢測系統進行多種納米材料對醋酸乙烯氣體的響應比較，本發明方法所述的氣體流速、反應室內的溫度和光學濾波片的檢波波長等技術參數的摸索以及本發明方法和傳感器的靈敏度、選擇性、檢測極限範圍、檢測精度和使用壽命等技術效果的實驗。下述實驗中，所述的醋酸乙烯氣體以及其他有機氣體均以空氣為載氣。一、納米氧化鎂對醋酸乙烯氣體的響應1、儀器如圖1所示，其中陶瓷電加熱管l所塗的納米材料為MgO，另設分別塗有納米A120"MgAl必、MgAl必、ErA、,3、Sn0、PrA,和ln20:,的對照。2、方法:分別將1000ppm的醋酸乙烯氣體(Vinylacetate)、乙醛氣體(Acetaldehyde)、甲醇氣體(Methanol)和乙醇氣體(Ethanol)從氣體入口(2-2)通入，然後在表1Selectedconditions—欄所示的溫度(Temp)和波長(Wavelength)下測量相對發光強度。3、結果實驗結果如表1所示，8種材料中，納米MgO對醋酸乙烯(Vinylacetate)催化活性及選擇性最好。表ltableseeoriginaldocumentpage5ln203_16.65_11.16_0.410.81_293。C425nm二、波長、溫度和載氣流速對納米MgO催化活性的影響1、儀器如圖1所示。2、方法:(1)波長對納米Mg0的催化活性影響將1000ppm的醋酸乙烯氣體從氣體入口(2-1)通入，然後在催化溫度331。C，載氣流速400mL/min條件下採用波長分布在400575nm的8種幹涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度和信噪比。(2)溫度對納米Mg0的催化活性影響將lOOOppm的醋酸乙烯氣體從氣體入口(2-2)通入，然後在載氣流速400mL/min、催化溫度200500'C條件下採用波長425rim的幹涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度和信噪比。(3)載氣流速對納米MgO催化活性的影響將1000ppm的醋酸乙烯氣體從氣體入口(2-2)通入，然後在載氣流速55610mL/rain、催化溫度331'C條件下採用波長425ntn的幹涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發光的相對強度。實驗(1)和(2)中信噪比的測量方法為以空氣為試驗氣體，用與相應實驗同樣的方法測得系統的噪聲強度，然後與發光信號強度相比即可。4、結果(1)波長對納米MgO的催化活性影響結果如圖2所示，波長在400460nm時，相對發光強度隨波長增大而增大，但由於陶瓷電加熱管在高溫下產生的熱輻射噪音信號也隨波長增大而增大，在波長為425mii時，信噪比最大。(2)溫度對納米MgO的催化活性影響結果如圖3所示，隨著溫度升高，催化發光的強度顯著升高，但由於熱輻射導致的背景信號也顯著升高，當溫度調節在33rc時，信噪比最大。(3)載氣流速對納米MgO催化活性的影響結果如圖4所示，載氣流速在55400mL/min，發光強度隨流速的增加而增大；流速為400mL/min時，發光強度最大；流速為400610mL/min時，發光強度隨流速增加而略降。三、納米MgO的催化發光選擇性和壽命1、儀器儀器如圖1所示。2、方法(1)選擇性將濃度均為200ppm的醋酸乙烯、乙醛、乙酸、苯、乙醇、甲醛、甲醇、氨水和乙酸乙脂氣體分別通入圖1所示的儀器，在載氣流速為400mL/rain，加熱溫度為331'C，檢測波長為425nm的可見光的發光強度。(2)3、結果(1)選擇性(2)壽命三、本發明傳感器性能研究1、選擇性將濃度均為200ppm的醋酸乙烯、乙醛、乙酸、苯、乙醇、甲醛、甲醇、氨水和乙酸乙脂氣體分別通入圖1所示的儀器，在載氣流速為400mL/min,加熱溫度為331°C，檢測波長為425nm的可見光的發光強度。結果如圖5所示，乙醛、乙醇、甲醇的發光強度分別為醋酸乙烯發光強度的13.5°/。、10.2%、5.5%，而其它一些常見氣體，如乙醇、甲醛、苯、氨水、乙酸沒有產生發光現象，可見本體系對醋酸乙烯具有很好的選擇性。2、壽命將濃度均為lOOOppfn的醋酸乙烯氣體通入圖1所示的儀器，在載氣流速為400mL/min，加熱溫度為331°C，在第0、5、10、20、30、40、55、60、70、80、90、100小時檢測波長為425nm的可見光的發光強度。結果如圖6所示，納米氧化鎂持續催化醋酸乙烯發光100小時後發光強度並沒有明顯的降低。3、檢測範圍及準確性(1)標準曲線的建立將陶瓷管加熱1至331。C，然後含22000ppm醋酸乙烯的氣體以400ml/min的載氣流速通入石英管2,檢測波長為425nm的可見光的強度。以醋酸乙烯濃度(C，ppm)為橫坐標，相對發光強度(I)為縱坐標作圖，得醋酸乙烯濃度和發光強度的關係圖(見圖7)，從該圖可知，在22000ppm(77020mg/m3)範圍內醋酸乙烯濃度與化學發光強度間呈良好線性關係，回歸方程為I=i.657C-2.101;線性相關係數r=0.9994;檢出限為1.0ppm(3.5mg/m3)(I為相對發光強度，C為醋酸乙烯濃度，每一數據點都是由兩次重複試驗平均所得)，700s內5次重複注射1000ppm的醋酸乙烯50ml的相對標準偏差(RSD，n=5)為1.18%，如圖8所示。2、氣體中醋酸乙烯的檢測用將陶瓷管加熱至33rc，然後分別將預先配製的樣品1、樣品2和樣品3以400ml/min的載氣流速通入石英管，檢測波長為425nm的可見光的相對強7度I=1.657C-2.101，並按方程I=1.657C-2.101計算醋酸乙烯的濃度C。其中，樣品1為醋酸乙烯和醋酸的混合氣體，樣品2為醋酸乙烯、苯和氨的混合氣體，樣品3是醋酸乙烯和甲醛混合氣體。結果如表2所示，檢測結果與預配濃度基本相符。表2tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1、納米氧化鎂在檢測醋酸乙烯氣體中的應用。2、一種檢測醋酸乙烯氣體的方法，該方法由以下步驟組成(1)將醋酸乙烯濃度為22000ppm的氣體樣品以400mL/min的流速流經加熱至331'C的表面塗有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產生化學發光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號，然後將每一氣體樣品的光波信號強度和醋酸乙烯濃度進行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號強度的線性方程；(2)採用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號強度的相同方法檢測得到待測氣體所發出的光波信號強度，將該光波信號強度值代入步驟(1)所得到的線性方程，算得待測氣體中醋酸乙烯的含量。3、實施權利要求2所述方法的傳感器，該傳感器由石英管、陶瓷電加熱管、檢波波長為(425nm的濾波片和光電倍增管組成，其中，所述的陶瓷電加熱管插在石英管內；所述的濾波片設在石英管的外側，受光面與陶瓷電加熱管平行；所述的光電倍增管與光學濾波片同軸並串設在光學濾波片的背光面；其特徵是所述的陶瓷電加熱管外表塗有納米氧化鎂材料。全文摘要本發明涉及納米氧化鎂的新用途，即納米氧化鎂在檢測醋酸乙烯中的應用。實現上用途的具體方法是(1)將醋酸乙烯濃度為2～2000ppm的氣體樣品以400mL/min的流速流經加熱至331℃的表面塗有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產生化學發光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號，然後將每一氣體樣品的光波信號強度和醋酸乙烯濃度進行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號強度的線性方程；(2)採用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號強度的相同方法檢測得到待測氣體所發出的光波信號強度，將該光波信號強度值代入步驟(1)所得到的線性方程，算得待測氣體中醋酸乙烯的含量。文檔編號G01N21/76GK101482510SQ20091003680公開日2009年7月15日申請日期2009年1月20日優先權日2009年1月20日發明者巫承洲,曹小安,朱惠嫦,強溫,王澤華,高倩倩申請人:廣州大學