一種用于檢測氧氣的變色指示劑及其合成方法、氧傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氧氣變色試劑合成及其試紙的制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧氣是維持人類和動(dòng)植物生命必不可少的物質(zhì)，也與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測、食品 儲(chǔ)存和科學(xué)研宄密切相關(guān)。因此，人們需要對氧氣的含量進(jìn)行檢測和控制。常用的檢測氧 氣含量的方法有Winkler滴定法，Clark電極法，氣相色譜法等。然而上述方法在某種程度 上有一些缺點(diǎn)，如儀器復(fù)雜、檢測過程耗時(shí)、需要昂貴的儀器、設(shè)備體積大、成本高、不能適 應(yīng)現(xiàn)場測量的需要。利用光學(xué)氧傳感器檢測氧氣的方法具有使用簡單、成本低、干擾小等優(yōu) 點(diǎn)。申請?zhí)枮?01310624716. 4的中國專利公開了一種氧氣指示劑，其制備方法是先制備一 種納米二氧化鈦粉體，再將該納米二氧化鈦粉體與給電子體、氧化還原性染料、聚合物等混 合，分散、用紫外光照射后得到的。該氧氣指示劑組成比較復(fù)雜，反應(yīng)速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的氧氣指示劑組成及制備過程復(fù)雜、響應(yīng)速度慢的技術(shù)問 題，而提供一種用于檢測氧氣的變色指示劑及其合成方法、氧傳感器及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明的用于檢測氧氣的變色指示劑是N，N'_二（烷基氨基甲酰基甲 基）-4, 4' -聯(lián)吡啶鹵化物，該化合物的分子結(jié)構(gòu)式通式如下：
[0006] 式中：&為C4~C22的烷基，1?2為C4~C22的烷基，X為鹵素；以CnBpyX2表示。
[0007] 上述的用于檢測氧氣的變色指示劑的合成方法，按以下步驟進(jìn)行：
[0008] 一、將4, 4'-聯(lián)吡啶和N-烷基-a-鹵代乙酰胺以摩爾比為1 :(1~6)溶于溶劑 I，并置于反應(yīng)器中，加熱反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物；
[0009] 二、將步驟一得到的反應(yīng)混合物中的溶劑蒸發(fā)掉，得到粘稠膏狀粗產(chǎn)物；
[0010] 三、利用溶劑II對粘稠膏狀粗產(chǎn)物重結(jié)晶，得白色固體，即N，N' -二（烷基氨基甲 ?；谆?4, 4' -聯(lián)吡啶鹵化物（CnBpyX2)。
[0011] 氧傳感器是將上述的用于檢測氧氣的變色指示劑負(fù)載于基質(zhì)上得到的。
[0012] 上述的氧傳感器的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：
[0013] 一、將用于檢測氧氣的變色指示劑溶于解于溶劑III中，得到溶液；
[0014] 二、將基質(zhì)浸泡于步驟一制備的溶液中，然后取出，揮發(fā)溶劑，得到負(fù)載的基質(zhì)；
[0015] 三、將負(fù)載的基質(zhì)在用紫外光或自然光照射后，得到氧傳感器。
[0016] 其中紫外光或自然光照射時(shí)間為Is~2h。
[0017] 氧傳感器保存在氮?dú)鈿夥罩?。在純的氮?dú)庵校撗鮽鞲衅鏖L期放置沒有明顯的顏 色變化，不變質(zhì)。
[0018] 本發(fā)明采用反應(yīng)活性高的N-烷基-a-鹵代乙酰胺為聯(lián)吡啶季銨化試劑，通 過一步法合成了一種新的新的N，N'_二（烷基氨基甲酰基甲基）-4,4'_聯(lián)吡啶鹵化物 (CnBpyX2)，制備方法工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，產(chǎn)物易于分離純化。特別是長鏈烷 基-a-鹵代乙酰胺的被應(yīng)用于CnBpyX2合成，使產(chǎn)物具有親水和親油的兩親性質(zhì)，能夠與高 極性的水及低極性的有機(jī)溶劑等相溶，便于使用。
[0019] 本發(fā)明的氧傳感器是將變色指示劑負(fù)載于基質(zhì)上后，再進(jìn)行紫外光或自然光照處 理后得到的，氧傳感器制備過程簡單。氧傳感器放入被檢測氣體中后，如果有氧氣存在，通 過肉眼就可以觀察到試條的顏色變化，使用本發(fā)明的方法檢測氧氣的存在，不受外界條件 的影響，響應(yīng)快、操作簡單、使用方便。在空氣中，該氧傳感器的顏色在〇~30分鐘的時(shí)間 范圍內(nèi)有明顯變化。在一個(gè)大氣壓的純氧氣中，該氧傳感器的顏色在1秒~10分鐘的時(shí)間 范圍內(nèi)有明顯變化。使用后的氧傳感器再用紫外光或自然光照處理后，可重復(fù)使用。
[0020] 該氧氣傳感器可應(yīng)用于檢測空氣中、食品包裝袋或容器內(nèi)等的氧?？傊景l(fā)明方 法是一種操作簡便、響應(yīng)快、可重復(fù)使用、廉價(jià)、易制的氧傳感器檢測方法。
【附圖說明】
[0021] 圖1是實(shí)施例1中氧傳感器在氮?dú)猸h(huán)境下褪色的光學(xué)圖片；
[0022] 圖2是實(shí)施例1中氧傳感器在空氣環(huán)境下褪色的光學(xué)圖片；
[0023] 圖3是實(shí)施例1中氧傳感器在氧氣環(huán)境下褪色的光學(xué)圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 【具體實(shí)施方式】一：本實(shí)施方式的用于檢測氧氣的變色指示劑是N，N' _二（烷基氨 基甲?；谆?4, 4' -聯(lián)吡啶鹵化物，該化合物的分子結(jié)構(gòu)式通式如下：
[0026] 式中：&為C4~C22的烷基，1?2為C4~C22的烷基，X為鹵素。記為CnBpyX2。
【具體實(shí)施方式】 [0027] 二：一所述的用于檢測氧氣的變色指示劑的制備方 法，按以下步驟進(jìn)行：
[0028] 一、將4, 4'-聯(lián)吡啶和N-烷基-a-鹵代乙酰胺以摩爾比為1 :(1~6)溶于溶劑 I，并置于反應(yīng)器中，加熱反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物；
[0029] 二、將步驟一得到的反應(yīng)混合物中的溶劑蒸發(fā)掉，得到粘稠膏狀粗產(chǎn)物；
[0030] 三、利用溶劑II對粘稠膏狀粗產(chǎn)物重結(jié)晶，得白色固體，即N，N' _二（烷基氨基甲 ?；谆?4, 4' -聯(lián)吡啶鹵化物（CnBpyX2)。
[0031]
【具體實(shí)施方式】三：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同的是步驟一中，4, 4' -聯(lián)吡 啶和N-烷基-a-鹵代乙酰胺的質(zhì)量之和與溶劑I的體積的比為lg: (1~l〇〇)mL;其它與
【具體實(shí)施方式】之二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 四：本實(shí)施方式與二或三不同的是步驟一中，溶劑I 為有機(jī)溶劑。其它與二或三相同。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 五：本實(shí)施方式與四不同的是溶劑I為乙醇、異丙醇、 正丁醇、甲醇、乙腈、乙二醇單甲醚或DMF，其它與四相同。
[0034]
【具體實(shí)施方式】六：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至五之一不同的是步驟一中，加 熱的方式為電加熱或水浴加熱，加熱的溫度為50°C_200°C，反應(yīng)的時(shí)間為Id~3d;其它與
【具體實(shí)施方式】二至五之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 七：本實(shí)施方式與二至五之一不同的是步驟一中，加 熱的方式為微波加熱，微波功率1〇〇~800瓦，回流反應(yīng)1~6h;其它與二至 五之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 八：本實(shí)施方式與二至七之一不同的是步驟三溶劑II 為乙醇與丙酮的混合溶劑、甲醇與丙酮的混合溶劑、甲醇與乙酸乙酯的混合溶劑、乙醇與乙 酸乙酯的混合溶劑、乙醇與異丙醇的混合溶劑、或者甲醇與異丙醇的混合溶劑；其它與具體 實(shí)施方式二至七之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 九：利用一所述的用于檢測氧氣的變色指示劑的氧傳 感器，是將用于檢測氧氣的變色指示劑負(fù)載于基質(zhì)上得到的。
【具體實(shí)施方式】 [0038] 十：本實(shí)施方式與九不同的是基質(zhì)為紙、木或聚氯乙 烯薄膜；其它與九相同。
【具體實(shí)施方式】 [0039] 十一：九所述的氧傳感器的制備方法，按以下步驟進(jìn) 行：
[0040] 一、將用于檢測氧氣的變色指示劑溶于解于溶劑III中，得到溶液；
[0041] 二、將基質(zhì)浸泡于步驟一制備的溶液中，然后取出，揮發(fā)溶劑III，得到負(fù)載的基 質(zhì)；
[0042] 三、將負(fù)載的基質(zhì)在用紫外光或自然光照射后，得到氧傳感器。
[0043] 本實(shí)施方式的氧傳感器保存在氮?dú)鈿夥罩?。在純的氮?dú)庵校撗鮽鞲衅鏖L期放置 沒有明顯的顏色變化，不變質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】 [0044] 十二：本實(shí)施方式與^^一不同的是步驟二中溶劑III為 水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮和環(huán)己酮中的一種或幾種的組合。其它與十一 相同。
[0045] 本實(shí)施方式中當(dāng)溶劑III為組合物時(shí)，各溶劑按任意比例組合。
【具體實(shí)施方式】 [0046] 十三：本實(shí)施方式與十一或十二不同的是步驟三中紫 外光或自然光照射時(shí)間為Is~2h。其它與^ 或十二相同。