[发明专利]一种呼气末二氧化碳检测用变色薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测呼气末二氧化碳浓度的变色薄膜及其制备方法，亦可用于检测混合气体中二氧化碳的浓度，属于临床医学及环境气体监测领域。

背景技术

比色法是一个众所周知的检测方法，在特定的介质存在下，遇到相应的化学物质，会引起其颜色变化，可用于二氧化碳气体监测的定性和半定量分析，在多领域内都可应用，如用于大气二氧化碳分析、临床化学分析、坑道及密闭环境的卫生检测等。这种色度变化依赖于反应性染料的显色特性，这些染料存在至少两个不同的化学状态，显示出两种不同的颜色状态。当第一种状态的反应性染料被暴露于一个给定的物质，它与物质发生可逆的化学反应，从而转变成染料的第二形式，伴随化学反应产生的颜色变化是清晰可见的。

在医疗上，对呼吸出的二氧化碳进行监测，在临床麻醉、心肺脑复苏、麻醉后恢复室（PACU）、ICU、院前急救等都有重要的应用价值。科学家们指出，患者呼吸中的二氧化碳含量水平的变化能够清楚表明该患者是否有呼吸困难，是否需要最及时的处理。现行使用的红外二氧化碳分析仪多半存在着不仅价格昂贵，而且体积大、质量大、不易携带等缺点。所以，急救人员需要一种更小、更易携带的仪器来在第一时间对患者病情做出判断。

使用比色指示器对二氧化碳进行检测，是一个有效的解决方案。此类比色指示器已有部分文献报道。例如，专利94118585.0中报道的利用氢氧化钾或氢氧化钠或氢氧化钙、乙醇、指示剂耐尔蓝A、酚酞、活性氧化铝制备的二氧化碳指示剂，该指示剂呈颗粒状且颜色变化对应的二氧化碳浓度不易区分，不利于实际应用。专利CN1411496A报道了一种二氧化碳检测用油墨组合物，其包含有pH指示剂、粘合剂和溶剂。可容易地目测含有该油墨组合物的指示部由于二氧化碳浓度的改变而经历的显色变化，将这种油墨组合物应用于二氧化碳指示器和包装体时，能够简单且容易地发现在封入了含有二氧化碳气体的置换气体的气体置换包装的气孔和密封不良的发生。该油墨组合物在较高浓度二氧化碳存在下显示的颜色变化明显，而在二氧化碳浓度小于5%时的颜色变化幅度不明显，不适于监测呼气末二氧化碳浓度。

因此，有必要在现有技术中开发新的比色指示器，使之能有效快速地监测呼气末二氧化碳浓度。本发明旨在提供一种在二氧化碳浓度小于5%情况下有明显颜色变化梯度且响应时间快速，稳定性强的变色薄膜。

发明内容

本发明的目的在于制备一种变色薄膜，使其能够检测呼气末二氧化碳气体的浓度。人体正常情况下呼出的气体中二氧化碳的浓度在5%左右，而呼吸微弱患者呼出的二氧化碳其浓度大都不大于2%，故本发明旨在制备在二氧化碳浓度为2%和5%的情况下能快速发生颜色变化且颜色容易区分的变色薄膜。

本发明提供了一种由pH指示剂、碱性物质、聚合物、增塑剂、白色颜料及溶剂制成的呼气末二氧化碳检测用变色薄膜。

本发明的变色薄膜理论上可以使用任何pH指示剂，只要该指示剂在二氧化碳的影响下或者由碱性物质的浓度变化导致的pH波动能改变其色调就行，例如甲酚红、苯酚红、间甲酚紫。本发明优选的指示剂染料是间甲酚紫，其含量为0.05-1.25%（溶质质量/溶剂体积），因为它的显色反应的变化是从蓝色变为黄色，是肉眼清晰可辨的。

本发明中的聚合物优选是乙基纤维素，其含量为5-10%（溶质质量/溶剂体积），是用于形成薄膜的主体材料。乙基纤维素本身形成的薄膜是透明无色的，不会干扰到指示剂染料的显色变化。

本发明中的增塑剂优选是磷酸三丁酯，含量为15-25%（体积比）。增塑剂的加入能有效的提高薄膜的响应及恢复时间，本发明中变色薄膜在5s左右就能有明显的颜色变化。

本发明中的碱性物质优选是四丁基氢氧化铵，含量为12.5-25%（体积比）。四丁基氢氧化铵具有和氢氧化钠一样的强碱性，起到调节薄膜pH的作用，从而引起pH指示剂染料的颜色变化。

本发明中所选的溶剂为无水乙醇。乙基纤维素易溶于有机溶剂，不溶于水，最常用的是混合溶剂，如甲苯乙醇混合溶剂、乙苯乙醇混合溶剂。甲苯、乙苯多为有毒溶剂，故本发明选用的溶剂是无水乙醇，或无水乙醇与少量的水的混合物。

本发明中由pH指示剂、碱性物质、聚合物、增塑剂及溶剂制备得到的薄膜初始在空气中呈宝蓝色透明状态。通入含2.5%浓度二氧化碳的气体，薄膜变成蓝灰色；通入含5%浓度二氧化碳的气体，薄膜变成淡黄色；通入含10%以上二氧化碳的气体，薄膜彻底变成黄色。