[发明专利]一种用于检测丙烯醛气体的纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及利用化学发光手段来测试或分析材料的技术领域，具体涉及一种检测丙烯醛气体的纳米敏感材料。

背景技术

丙烯醛是一种无色透明液体，具有特殊刺激性气味，是橡胶、塑料、香料、人造树脂等合成工业中重要的化合物，许多行业如钢铁、纺织、药物制造等的工作人员可以接触到丙烯醛。它是燃料燃烧主要副产物之一，火灾发生时的主要毒性气体之一。丙烯醛产生于建筑、装饰材料的燃烧、机动车尾气排放、烹调油烟、香烟烟雾等。丙烯醛具有高度的反应活性，为高毒类化合物，对皮肤、眼睛和粘膜具有直接刺激作用，引起头痛、支气管损伤，降低肺的抗菌能力。吸入高浓度丙烯醛能引起眩晕、腹痛、恶心、手足发绀，甚至引起肺炎、肺水肿，严重时出现休克等。小剂量的丙烯醛能使大鼠血压升高，而大剂量丙烯醛反而使大鼠血压下降。丙烯醛还能引起持续性胃痛、肝脏的功能性和器质性损害，可以使胚胎生长缓慢并致胚胎死亡。研究表明，丙烯醛具有潜在的遗传毒性，活泼的醛基使得它们不需经过代谢就能攻击亲核基团，能够与DNA共价结合形成加合物，引起DNA链间交联、DNA断裂等。我国职业接触限值(GBZ 2-2002)规定工作场所空气中丙烯醛的最高容许浓度(MAC)为0.3mg/m³。此外，我国大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)最高允许排放浓度为20mg/m³，因此检测空气中丙烯醛的浓度显得十分必要。

丙烯醛的检测方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、荧光法和分光光度法。这些检测方法中，分光光度法灵敏度低且不稳定；荧光法虽较灵敏，但实验条件要求较高，不易控制。高效液相色谱和气相色谱法具有高效、高速、高灵敏度、样品用量少等优点，但仪器体积相对庞大，操作复杂，运行费用较昂贵。相比之下，传感器具有较高的灵敏度和选择性，使用寿命长而且体积小、操作方便和响应快速等优点，能够实现实时、在线监测。因此，设计一种性能优异的检测丙烯醛气体的传感器很有必要。目前仅有少量基于腔衰荡光谱技术的丙烯醛传感器，该传感器是通过测量两个高反射镜形成的光学谐振腔内的光强衰减速率来获得检测信息，要求对反射镜进行高反射率涂覆并保证腔镜精确对准，所以它在某些特定环境条件下的应用受到限制。另外，该种传感器在选择性方面仍不尽人意。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于检测丙烯醛气体的催化发光传感器的纳米材料。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种用于检测丙烯醛气体的纳米材料，该材料由以下重量配比的组份组成：氧化锆(ZrO₂)纳米粉95～97份，氧化镁(MgO)纳米粉3～5份。

本发明所述的用于检测丙烯醛气体的纳米材料，该材料的最佳重量配比是：氧化锆(ZrO₂)纳米粉95份，氧化镁(MgO)纳米粉5份。

上述用于检测丙烯醛气体的纳米材料的制备方法由以下步骤组成：将氧化镁纳米粉和氧化锆纳米粉混合均匀后，加入蒸馏水搅成稀糊状，充分混合均匀，110℃干燥2小时，冷却，充分研磨即可。

本发明所述的用于检测丙烯醛气体的纳米材料可以用于制备检测丙烯醛气体的催化发光传感器，该传感器由石英玻璃管、陶瓷电加热管、检波波长为400～535nm的滤光片和光电倍增管组成，其中，所述的陶瓷电加热管插在石英玻璃管内；所述的滤光片设在石英玻璃管的外侧，受光面与陶瓷电加热管平行；所述的光电倍增管与光学滤光片同轴并串设在光学滤光片的背光面；其特征是所述的陶瓷电加热管外表涂有本发明所述的用于检测丙烯醛气体的纳米材料。

本发明所述的传感器可用于检测丙烯醛气体，具体检测方法由以下步骤组成：

(1)将丙烯醛浓度为5～5000mL/m³的气体样品以200mL/min的流速流经加热至279℃的本发明所述传感器的表面涂有表涂有本发明所述的纳米材料的陶瓷电加热管的外表，产生化学发光，由所述传感器的滤光片检出光波信号，然后将每一气体样品的光波信号强度和丙烯醛浓度进行线性回归处理，得到丙烯醛含量与光波信号强度的线性方程；

(2)采用步骤(1)中检测气体样品的光波信号强度的相同方法检测得到待测气体所发出的光波信号强度，将该光波信号强度值代入步骤(1)所得到的线性方程，算得待测气体中丙烯醛的含量。

本发明所述的纳米材料，较现有技术具有以下有益效果：

1、采用纳米ZrO₂掺杂纳米MgO的方案不仅可获得较强的催化发光信号，而且可显著提高对丙烯醛气体的检测灵敏度和选择性；