基于四氧化三钴材料催化发光的丙醛气体传感器研究.pdf

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1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第9期2010年9月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1277～1281DOI：10．3724／SP．J．1096．2010．01277基于四氧化三钴材料催化发光的丙醛气体传感器研究邓灏吕弋(四川大学化学学院，成都610064)摘要研究发现，在一定条件下丙醛气体在四氧化三钴材料表面上具有催化发光特性，基于此建立了一种检测空气中痕量丙醛气体的催化发光传感器。在对合成的3种形貌四氧化三钴的催化发光性质进行比较的基础之上，对分析方法条件进行了优化，其结果表明：在以微球状四氧化三钴作为传感材料，检测波

2、长490nm，反应温度232qc，载气流速400mL／min的最优条件下，可测定的丙醛气体浓度的线性范围为0．3—171mg／L(r=0．9977，n=13)，检出限为0．1mg／L(S／N=3)，测定4．8me／L丙醛的相对标准偏差为1．8％(n=5)。此外，考察了相同浓度的常见挥发性有机物的干扰情况，其结果表明该传感器具有很好的选择性。连续80h通过4．8mg／L丙醛，发光强度无明显降低，相对标准偏差小于5％，表明此传感器使用寿命长。并将该传感器成功用于人工合成样品的分析，回收率在9l％～103％之间，测定浓度值与实际组成基本相符。关键词四氧化三钴；催化发光；丙醛；传感器1

3、引言丙醛是精细化工的重要原料之一，是合成正丙醇、丙酸、三羟甲基乙烷等化工产品的中间体，广泛用于医药、涂料、橡胶、塑料，特别是农药，饲料等领域。丙醛的挥发性很强，遇明火、高热极易燃烧爆炸，并且丙醛蒸气的密度比空气大，能沿着较低处扩散，遇火即着火回燃。鉴于丙醛的危险特性，在2003年美国政府工业卫生学家会议上，规定了丙醛的职业接触限值为20mg／L(国际化学品安全卡(ICSC)编号：0550)。目前，测定空气中的低浓度丙醛的主要方法有光度法¨、红外光谱法、气相色谱法以及高效液相色谱法5]。建立一种可用于空气中丙醛快速直接测定，且操作简便、灵敏度高和选择性好的传感分析方法是很有必要的

4、。近年来，利用气体分子在固体材料表面催化反应过程中产生化学发光这一现象而建立的催化化学发光传感器的研究备受关注-8]，并被用于环境中挥发性有机物分子的检测研究中。随着材料科学的发展，特别是纳米技术的进步，催化发光传感器在灵敏度、选择性和易于微型化方面体现出很大的优势¨。四氧化三钴(Co0)因其独特的结构及性质被广泛应用于催化剂、电池材料、磁性材料等领域。研究发现，一定条件下，丙醛气体分子在Co0材料表面可产生强烈的催化发光，根据此现象，本研究提出一种简单、快速、灵敏的基于Co0材料催化发光直接测定丙醛气体的分析方法。2实验部分2．1实验装置化学发光分析实验装置主要包括以下5个部

5、分：(1)反应器如文献[25]装置图所示，由表面涂有一层纳米材料的陶瓷加热棒和石英管(有蒸气进出口，直径为12mm)组成，气体样品在载气(压缩空气)的驱动下通人石英管内与陶瓷加热棒表面的纳米材料相接触；(2)温控系统可在室温～500oC范围内调节；(3)进样阀由固定体积的进样瓶以及温控加热套组成，用于控制样品气化的瞬时体积和气化温度；(4)单色器系统可用滤光片在400～640nm范围内选择适当波长的光和消除背景干扰；(5)BPCL微弱发光测量仪(中科院生物物理所研制)用于检测和处理微弱化学发光信号。2010-01-20收稿；2010-04-07接受本文系国家自然科学基金(No．

6、20875066)及教育部“新世纪优秀人才”项目(No．NCET-07-0579)资助E—mail：Ivy@SCU．edu．en分析化学第38卷2．2实验方法用微量注射器将适量的待测样品注入进样阀，被测组分气化后由载气带人反应器，在一定温度及纳米材料催化下发生反应，产生的发光信号用光电倍增管采集并经数据处理系统输出。新材料在使用前，首先在载气中，300℃下加热10min，以消除原有吸附物的影响。2．3传感材料的制备本实验所用试剂均为分析纯，水均为二次蒸馏水。材料a：在剧烈搅拌下，往1mol／LCo(NO)中滴加17％氨水至溶液pH=8．0，陈化过夜。移人高压釜中，180oC条件

7、下反应8h。自然冷却至室温，取出物料，抽滤，用水洗涤3次。烘干后，400oC煅烧3h。即可得到材料a。材料b：称取1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于1．5mL正戊醇和30mL环己烷的混合溶液中。室温下磁力搅拌30rain。将10mL0．5mol／LCo(NO，)：和0．02mol尿素加入上述混合溶液中，继续搅拌1h。转入反应釜中，100℃恒温反应8h。冷却至室温，将得到的粉红色沉淀进行抽滤，用水和无水乙醇反复淋洗，50o【=下干燥24h后，300℃煅烧2h。即可得到材料b。材料c：称取