检测丙酮气体的纳米催化发光传感器的研究论文.pdfVIP

第四届全国环境化学学术大会论文集(上册) 检测丙酮气体的纳米催化发光传感器的研究奉 吴翠琴，曹小安”，吴伟芳，温珠花，陈紫慧，黄燕屏，黄翠娴，吴嘉玲，陈烨 (广州大学环境科学与工程学院，广州，510006) oC、波长460iml和流速280mL／min条件下对丙酮有较高灵敏度和 体的传感器。该传感器在最佳温度247 选择性。在此条件下进行定量分析，催化发光强度与丙酮浓度在2．76ppm～2000ppm内呈良好的线性关系， 检出限为0．4ppm．其它气体如乙醇、甲醛、苯、三氯甲烷均不引起干扰。应用本方法可简便、快速、准 确、灵敏地测定空气中的丙酮气体。 关键词催化发光；化学发光；丙酮；气体传感器；Zr02／Er203 0引言 丙酮属于职业性接触毒物危害程度分级(GB5044-85)第四级的轻度危害污染物质，对 神经系统有毒害。丙酮蒸气与空气在一定含量范围内还可形成爆炸性混合物。丙酮作为溶剂 和原料在工业中被广泛地使用；在生物医学方面，已知糖尿病患者的呼出气体中丙酮含量高 于正常人，对其进行测定可作为诊断疾病的依据Il】。因此检测丙酮气体十分必要。 通常用于测定低浓度丙酮气体的气相色谱法和糠醛比色法，不易实现在线快速检测。但 目前有关测定丙酮气体的传感器的报道不多。已开发的丙酮气体传感器存在选择性和稳定性 较差的特点12，引，因此发展性能优异的丙酮气体传感器是人们追寻的目标。 催化发光传感器发展于20世纪90年代，Nakagawa等14J报道了一些有机气体在固体材 料丫_剐203表面产生催化氧化反应时的化学发光现象(简称催化发光，CTL)，并据此设计 了检测气体的几种催化发光传感器。由于受到催化材料的限制，并未得到广泛的应用。近年 来，随着纳米材料的发展和应用，给该类传感器带来了新的发展空间。张新荣等人报道了一 系列基于纳米材料的乙醇、乙醛等气体传感器p。J，这类传感器的突出优点是选择性高，稳 定性好。 本文通过研究发现，丙酮气体在Zr02纳米材料上能产生较强的催化发光信号，在该材 料掺杂Er203后产生更强的催化发光信号，据此设计的传感器对丙酮气体具有较好的灵敏度 和选择性，可用于糖尿病等疾病的诊断和环境监测。 1实验部分 实验装置(见图1)包括以下4个系统：(1)反应系 统：由表面涂了一层纳米材料的陶瓷加热管及石英管 (有气体进出口)组成；(2)程序升温系统：在2000c -500 oC温度范围内控制和调节反应温度；(3)分光系 统：采用13种滤光片，波长分布为400—750nm，用于选 择最佳的检测波长；(4)光电检测及数据处理系统：中 图l催化发光反应系统示意图 科院生物物理所研制的微弱发光测量仪(BPCL系统) Schem越ic ofthecataluminesce Fig．1 diagram 改装而成，用于检测和处理微弱化学发光信号。 sensingsystem ·国家自然科学基金(No、广东省自然科学基金(No、广东省科技计划(No 2006812401们2)资助项目··通讯联系人：曹小安，教授，硕士生导师 34 第四届全国环境化学学术大会论文集(上册) 催化发光材料由Zr02纳米材料与Er203粉末以一定的摩尔比制成。Zr02纳米材料经透射 nm。 电镜分析，平均粒径为15 从反应系统入口处以稳定流速将空气载气经进样阀通入反应室，测量时控制一定的反应 温度，用注射器将一定量的被测气体注入进样阀，经空气带入反应室，与敏感材料相接触， 产生的催化发光信号用光电检测及数据处理系统进行检测和处理。 2结果与讨论 丙酮气体在纳米Zr02／Er203催化剂上响应迅速，通入气体后在6s内出现最大值，在l man内恢复至背景值。条件实验表明，丙酮的最佳催化发光温度为247(2，测定波长为460nm，