复合ZrO2／MgO催化发光丙烯醛气体传感器.pdf

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1、第39卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第8期2011年8月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1213～1217复合ZrO2／MgO催化发光丙烯醛气体传感器刘永慧曹小安陈福高张润坤(广州大学环境科学与工程学院，广州510006)摘要设计了基于在纳米ZrO中掺杂MgO的催化发光传感器，以快速检测丙烯醛气体。与纯ZrO：相比，MgO的掺杂量为5％时，丙烯醛的催化发光强度增大了1．8倍，干扰气体乙醛的催化发光强度降为原来的约1／7。传感器在波长425am，温度279℃，流速200mL／m

2、in条件下，对丙烯醛具有高灵敏度和选择性，发光强度与丙烯醛浓度在5～5000mL／m3范围内呈线性关系(r=O．9996)，检出限为1．6mL／m3，响应时间12S。浓度均为1000mL／m的lO种干扰气体通过传感器时，乙醛、甲醇、苯、甲苯和二甲苯的发光强度分别相当于丙烯醛的6．1％，2．9％，2．5％，2．5％和3．0％，其它气体不产生明显信号。本方法可方便、快速测定空气中丙烯醛气体。关键词催化发光；ZrO；丙烯醛；气体传感器引言丙烯醛产生于燃烧、机动车尾气、烹调油烟等，，是燃烧和火灾的主要污染物之一。具有细胞毒性，可引起D

3、NA链的交联与断裂，是多种疾病的标志物。检测丙烯醛，在环境、医学方面具有重要意义。现场检测空气中丙烯醛常用气体检测管，但是乙醛对检测产生较大干扰。非现场检测可以利用气相色谱直接进样，但样品不方便储存。一般利用2，二硝基苯肼(DPNH)吸收空气中的丙烯醛，形成的丙烯醛腙(ACR-D)。再用液相色谱或者分光光度法测定，但ACR-D易受其它醛类的影响使结果飘移p】。Seaman等[41用焦亚硫酸钠吸收空气中的丙烯醛，用邻一五氟苄基羟胺(PFBHA)衍生化后利用GC／ECNIMS测定丙烯醛浓度。Uchiyama等将硅胶颗粒依此用水、甲

4、醛、乙腈洗涤，用2，4-DPNH盐酸及磷酸的丙酮溶液和乙腈浸泡，获得分别由DNPH和对苯二酚饱和的硅胶(DNPH一硅胶，对苯二酚一硅胶)。依次用对苯二酚一硅胶和DNPH一硅胶吸附空气中的丙烯醛，用乙腈洗脱后，HPLC分析。以上两种方法解决了传统DNPH吸收法的一些问题，但是采样和分析时间长，且涉及较多化学品的使用。催化发光(CTL)是基于气一固表面的催化反应，除使用少量催化剂外，不涉及其它化学品的使用，因具有响应快、选择性高等特点而备受关注q]。纳米材料的发展为提高催化发光(CTL)传感器的灵敏度和选择性提供了空问”。本研究利

5、用复合ZrO／MgO作为CTL传感器的催化剂，设计了可实时检测气态丙烯醛的传感器，而且对常见干扰气体乙醛具有良好的选择性。2实验部分2．1实验装置实验装置示意图见图1，样品经空气载人反应室；反应器由表面均匀涂层催化材料的陶瓷管及石英管组成，可以在150~400℃范围内调节反应温度；光信号由微弱发光检测仪(BPCL，中科院物理研究BPCL所)检测；滤波片的波长范围400535am。图1催化发光传感器示意图2．2材料与方法Fig．1Schematicdiagramofcataluminescence(CTL)ZrO：／MgO混合材

6、料：ZrO：(上海珠尔纳高新粉sensingsystem201卜01—29收稿；201卜05—2O接受本文系国家自然科学基金(No．21075024)、广东省自然科学基金(No．8151009101000130)资助项目E—mail：caoxiaoan2003@yahoo．com．cn第39卷体材料有限公司，平均粒度10nm，纯度99．99％)与MgO(北京纳辰科技发展有限公司，平均粒度50nm，纯度99．99％)在去离子水中形成悬浮液，搅拌30min，离心，干燥，研磨，得到分散均匀的粉体。待用催化剂超声分散于乙醇中，分散均匀

7、后取上清悬浊液，在空气中挥发干燥，自然沉积于陶瓷加热管表面。采用x射线衍射仪(XRD，Rigaku，DMAX一2400)和透射电子显微镜(TEM，Hitachi，H7650)表征ZrO与ZrO2／MgO。采用GC(UltraGC2000，Thermo)测定丙烯醛浓度，采用Agilent7890A型GCMS分析反应后尾气中的产物。3结果与讨论3．1催化发光材料MgO，7一A1：O和YO是常见的CTL材料，对多种有机物产生响应信号。在相同条件下，35℃下气液平衡的1mL丙烯醛饱和蒸气在ZrO：，MgO，ZrO／MgO(95：5，w

8、／w)，yA1O和Y：O，表面的CTL强度(以信噪比5／』＼『表示)见表1。在纯ZrO和ZrO／MgO(95：5，w／w)表面的发光sin最高，在其余催化剂表面的s／』＼『较小甚至无明显信号。ZrO表面同时存在弱酸性和弱碱性位点，被认为是优良的催化剂，在ZrO中掺杂MgO可以