專利名稱：：納米氧化鎂在檢測氣體中醋酸乙烯中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，具體涉及利用物質(zhì)的化學(xué)特性檢測其含量。
背景技術(shù)：
：醋酸乙烯(CH2=CHOOCCH3)是一種用途廣泛的化學(xué)藥劑，主要用于有機(jī)合成(如合成維尼綸)、制備粘結(jié)劑和涂料工業(yè)等，但是醋酸乙烯對(duì)人體和環(huán)境都具有較大的危害性。醋酸乙烯對(duì)人體健康危害主要體現(xiàn)在其蒸汽會(huì)刺激眼睛、皮膚和呼吸道，高濃度或長時(shí)間接觸會(huì)引起皮膚刺激(起泡，灼傷，皮炎)，眼睛刺激，腫損傷，中樞神經(jīng)系統(tǒng)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(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)的環(huán)境健康危害物評(píng)估署認(rèn)定為動(dòng)物致癌物。醋酸乙烯對(duì)環(huán)境的危害主要體現(xiàn)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(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)；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(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。目前，監(jiān)測醋酸乙烯的方法主要是氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法，其中氣相色譜-質(zhì)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，操作復(fù)雜，不能即時(shí)檢測，而且價(jià)格昂貴，維修成本高。納米氧化鎂是隨著納米材料技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型功能精細(xì)無機(jī)材料，其粒徑介于l-100nm，具有堿性氧化物的通性，且高度耐火和絕緣，廣泛應(yīng)用于高級(jí)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(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，但未見該材料在檢測醋酸乙烯方面的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)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(yīng)用。本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生催化發(fā)光現(xiàn)象，便聯(lián)想到利用該現(xiàn)象可檢測氣體中醋酸乙烯的含量，進(jìn)而研究出實(shí)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(jīng)加熱至331'C的表面涂有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號(hào)，然后將每一氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度和醋酸乙烯濃度進(jìn)行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號(hào)強(qiáng)度的線性方程；(2)采用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度的相同方法檢測得到待測氣體所發(fā)出的光波信號(hào)強(qiáng)度，將該光波信號(hào)強(qiáng)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(fā)明上述方法中，檢出光波信號(hào)和將所得光波信號(hào)強(qiáng)度和醋酸乙烯氣體濃度的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理的儀器為公知的微弱發(fā)光檢測儀或其它類似儀器。為了更好地實(shí)施本發(fā)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(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，本發(fā)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(nèi)；所述的濾波片設(shè)在石英管的外側(cè)，受光面與陶瓷電加熱管平行；所述的光電倍增管與光學(xué)濾波片同軸并串設(shè)在光學(xué)濾波片的背光面；其特征是所述的陶瓷電加熱管外表涂有納米氧化鎂材料。本發(fā)明利用醋酸乙烯氣體在預(yù)設(shè)的條件下氧化發(fā)光特性設(shè)計(jì)出醋酸乙烯氣體傳感器，并使用該傳感器檢出波長為425rnn的光譜信號(hào)，從而測出被測氣體的醋酸乙烯氣體濃度，具有簡單、穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中的在線檢測、環(huán)境監(jiān)測以及生物醫(yī)學(xué)中。以下通過具體實(shí)施例和效果實(shí)驗(yàn)來幫助公眾更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案所預(yù)期的有益效果。圖1為一種實(shí)施本發(fā)明方法的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用不同干涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度和信噪比的曲線圖，其中+是相對(duì)發(fā)光強(qiáng)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(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度和信噪比的曲線圖，其中+是相對(duì)發(fā)光強(qiáng)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(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度曲線圖。圖5是納米氧化鎂對(duì)不同物質(zhì)的催化發(fā)光強(qiáng)度的比較圖。圖6是納米氧化鎂在100小時(shí)內(nèi)對(duì)醋酸乙烯氣體的催化發(fā)光強(qiáng)度的變化圖。圖7是醋酸乙烯濃度和發(fā)光強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。圖8是700s內(nèi)5次重復(fù)注射醋酸乙烯的發(fā)光強(qiáng)度比較圖。具體實(shí)施例方式例1(醋酸乙烯氣體傳感器的制作)參見圖1，本發(fā)明所述的醋酸乙烯傳感器雙點(diǎn)劃線框內(nèi)的部件組成，其中，一陶瓷電加熱管1插在具有氣體進(jìn)口2-1和氣體出口2-2的石英玻璃管2內(nèi)構(gòu)成化學(xué)發(fā)光反應(yīng)室，陶瓷電加熱管1的黑色部分涂有納米氧化鎂光學(xué)濾波片3的檢波波長為425nm，設(shè)在石英玻璃管2的外側(cè)，受光面與陶瓷電加熱管平行；光電倍增管4與光學(xué)濾波片3同軸，串設(shè)在光學(xué)濾波片3的背光面。例2(檢測系統(tǒng)的組成)下述實(shí)驗(yàn)所采用的檢測系統(tǒng)如圖1所示，本系統(tǒng)由雙點(diǎn)劃線框內(nèi)的醋酸乙烯氣體傳感器、中國科學(xué)院生物物理研究所研制的微弱發(fā)光檢測儀5和溫度控制器6組成，其中，溫度控制器5采集陶瓷電加熱管1的表面溫度(即反應(yīng)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的表面保持恒溫；所述醋酸乙烯氣體傳感器中光學(xué)濾波片3傳出的光信號(hào)經(jīng)光電倍增管4轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后再送入微弱發(fā)光檢測儀6放大和處理。例3本例是采用例1所述傳感器組成例2所述檢測系統(tǒng)進(jìn)行多種納米材料對(duì)醋酸乙烯氣體的響應(yīng)比較，本發(fā)明方法所述的氣體流速、反應(yīng)室內(nèi)的溫度和光學(xué)濾波片的檢波波長等技術(shù)參數(shù)的摸索以及本發(fā)明方法和傳感器的靈敏度、選擇性、檢測極限范圍、檢測精度和使用壽命等技術(shù)效果的實(shí)驗(yàn)。下述實(shí)驗(yàn)中，所述的醋酸乙烯氣體以及其他有機(jī)氣體均以空氣為載氣。一、納米氧化鎂對(duì)醋酸乙烯氣體的響應(yīng)1、儀器如圖1所示，其中陶瓷電加熱管l所涂的納米材料為MgO，另設(shè)分別涂有納米A120"MgAl必、MgAl必、ErA、,3、Sn0、PrA,和ln20:,的對(duì)照。2、方法:分別將1000ppm的醋酸乙烯氣體(Vinylacetate)、乙醛氣體(Acetaldehyde)、甲醇?xì)怏w(Methanol)和乙醇?xì)怏w(Ethanol)從氣體入口(2-2)通入，然后在表1Selectedconditions—欄所示的溫度(Temp)和波長(Wavelength)下測量相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度。3、結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，8種材料中，納米MgO對(duì)醋酸乙烯(Vinylacetate)催化活性及選擇性最好。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>ln203_16.65_11.16_0.410.81_293。C425nm二、波長、溫度和載氣流速對(duì)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(duì)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，然后在催化溫度331。C，載氣流速400mL/min條件下采用波長分布在400575nm的8種干涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度和信噪比。(2)溫度對(duì)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，然后在載氣流速400mL/min、催化溫度200500'C條件下采用波長425rim的干涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度和信噪比。(3)載氣流速對(duì)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，然后在載氣流速55610mL/rain、催化溫度331'C條件下采用波長425ntn的干涉濾波片測量醋酸乙烯氣體的催化發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)(1)和(2)中信噪比的測量方法為以空氣為試驗(yàn)氣體，用與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)同樣的方法測得系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度，然后與發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度相比即可。4、結(jié)果(1)波長對(duì)納米MgO的催化活性影響結(jié)果如圖2所示，波長在400460nm時(shí)，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度隨波長增大而增大，但由于陶瓷電加熱管在高溫下產(chǎn)生的熱輻射噪音信號(hào)也隨波長增大而增大，在波長為425mii時(shí)，信噪比最大。(2)溫度對(duì)納米MgO的催化活性影響結(jié)果如圖3所示，隨著溫度升高，催化發(fā)光的強(qiáng)度顯著升高，但由于熱輻射導(dǎo)致的背景信號(hào)也顯著升高，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)在33rc時(shí)，信噪比最大。(3)載氣流速對(duì)納米MgO催化活性的影響結(jié)果如圖4所示，載氣流速在55400mL/min，發(fā)光強(qiáng)度隨流速的增加而增大；流速為400mL/min時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度最大；流速為400610mL/min時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度隨流速增加而略降。三、納米MgO的催化發(fā)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(fā)光強(qiáng)度。(2)3、結(jié)果(1)選擇性(2)壽命三、本發(fā)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(fā)光強(qiáng)度。結(jié)果如圖5所示，乙醛、乙醇、甲醇的發(fā)光強(qiáng)度分別為醋酸乙烯發(fā)光強(qiáng)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(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，可見本體系對(duì)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(shí)檢測波長為425nm的可見光的發(fā)光強(qiáng)度。結(jié)果如圖6所示，納米氧化鎂持續(xù)催化醋酸乙烯發(fā)光100小時(shí)后發(fā)光強(qiáng)度并沒有明顯的降低。3、檢測范圍及準(zhǔn)確性(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立將陶瓷管加熱1至331。C，然后含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(qiáng)度。以醋酸乙烯濃度(C，ppm)為橫坐標(biāo)，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度(I)為縱坐標(biāo)作圖，得醋酸乙烯濃度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系圖(見圖7)，從該圖可知，在22000ppm(77020mg/m3)范圍內(nèi)醋酸乙烯濃度與化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度間呈良好線性關(guān)系，回歸方程為I=i.657C-2.101;線性相關(guān)系數(shù)r=0.9994;檢出限為1.0ppm(3.5mg/m3)(I為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度，C為醋酸乙烯濃度，每一數(shù)據(jù)點(diǎn)都是由兩次重復(fù)試驗(yàn)平均所得)，700s內(nèi)5次重復(fù)注射1000ppm的醋酸乙烯50ml的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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，然后分別將預(yù)先配制的樣品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(duì)強(qiáng)7度I=1.657C-2.101，并按方程I=1.657C-2.101計(jì)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(jié)果如表2所示，檢測結(jié)果與預(yù)配濃度基本相符。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、納米氧化鎂在檢測醋酸乙烯氣體中的應(yīng)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(jīng)加熱至331'C的表面涂有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號(hào)，然后將每一氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度和醋酸乙烯濃度進(jìn)行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號(hào)強(qiáng)度的線性方程；(2)采用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度的相同方法檢測得到待測氣體所發(fā)出的光波信號(hào)強(qiáng)度，將該光波信號(hào)強(qiáng)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(shí)施權(quán)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(nèi)；所述的濾波片設(shè)在石英管的外側(cè)，受光面與陶瓷電加熱管平行；所述的光電倍增管與光學(xué)濾波片同軸并串設(shè)在光學(xué)濾波片的背光面；其特征是所述的陶瓷電加熱管外表涂有納米氧化鎂材料。全文摘要本發(fā)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(yīng)用。實(shí)現(xiàn)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(jīng)加熱至331℃的表面涂有納米氧化鎂的陶瓷電加熱管的外表，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，用波長為425nm的濾波片檢出光波信號(hào)，然后將每一氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度和醋酸乙烯濃度進(jìn)行線性回歸處理，得到醋酸乙烯含量與氣體的光波信號(hào)強(qiáng)度的線性方程；(2)采用步驟(1)中檢測氣體樣品的光波信號(hào)強(qiáng)度的相同方法檢測得到待測氣體所發(fā)出的光波信號(hào)強(qiáng)度，將該光波信號(hào)強(qiáng)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(hào)G01N21/76GK101482510SQ20091003680公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2009年1月20日優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日發(fā)明者巫承洲,曹小安,朱惠嫦,強(qiáng)溫,王澤華,高倩倩申請(qǐng)人:廣州大學(xué)