[发明专利]加碱来提高比色气体传感器对Cl2检测灵敏度的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案为：

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；