基于催化发光的高选择性的二甲醚传感器

杨乐 | -> | 1278| 0| 0.263014MB |催化发光,化学发光,二甲醚,石英加热管,气体传感器

杨乐 杨乐 | 文档量 |浏览量24948

摘要研究了二甲醚气体通过石英加热管表面时的化学发光现象,利用此发光现象设计了检测二甲醚的
传感器。此传感器由反应器、程序升温系统、单色器系统和光电检测及数据处理系统组成。化学发光强度与二甲醚浓度在0. 59 ~ 118. 6 g /m3 内呈良好的线性关系(r = 0. 9995); 检出限为0. 19 g /m3。苯、甲醛等气体通过此传感器时,没有引起干扰。由于此传感器不涉及颗粒态催化剂的制备和固定过程,因此制造工艺简单、成本经济,且具有更好的稳定性和更长的寿命。应用本方法可方便快速地测定空气中的二甲醚气体。
    二甲醚(Dimethyl ether,DME)在常温、常压下为气态,易燃。二甲醚被认为是理想的柴油替代燃料和潜在的发电以及民用燃料,是一种重要的超清洁能源和环境友好产品。二甲醚可作为城市煤气和液化石油气的代用品,它比甲醇替代汽车燃料更优越[1]。二甲醚用途极广,可作为气雾剂用于日用化学品、喷塑、胶粘剂等[2,3]。二甲醚有刺激及麻醉作用,且属易燃物,与空气混合能产生爆炸性混合物,遇明火和高热能引起燃烧爆炸[4],因此检测空气中二甲醚的浓度是规避事故的重要手段。气体传感器具有体积小、操作方便和响应快速等优点,可实现实时、在线监测,在检测有害物质方面具有独特之处。虽然现在已有二甲醚电化学传感器的报道[5],但在选择性方面仍有待于改进。因此设计一种性能优异的二甲醚气体传感器很有必要。
    1976 年,Breysse 在ThO2表面CO 的催化氧化过程中首先观察到了催化发光(Cataluminescence,CTL)现象[6]。20 世纪90 年代,Nakagawa 等[7]报道了一些醇、酮类有机化合物在固体材料γ-Al2O3表面产生的催化发光现象,据此设计了乙醇等CTL 传感器。由于受材料的限制,并未得到广泛应用。
    近年来,基于纳米材料的CTL 传感器检测有害物质的研究取得了较大进展。在检测常见气体方
面,报道了一系列乙醇、乙醛、丙酮等CTL 传感器[8 ~ 15];在检测易爆气体方面,发展了检测丙烷和异丁烷
的CTL 传感器[16];在测定可致癌气体方面,设计了检测苯系物的CTL 传感器[17]。CTL 传感器的一个重
要的发展方向是CTL 阵列传感器,目前已设计出可以识别三甲胺、硫化氢和乙醇等气体的阵列传
感器[18]。
    由于CTL 传感器不需要光源,因此易于微型化[19]。但是制备和固定颗粒态催化材料的过程仍较为
繁琐,有时还会因制备和固定颗粒态催化材料条件的差异而影响重现性。本研究发现,二甲醚通过石英
加热管时会产生很强的发光信号,据此设计了一种检测二甲醚的传感器。由于此传感器不涉及颗粒态
催化剂的制备和固定过程,因此制造工艺简单、成本经济,具有选择性极佳的优点,且这种非颗粒态的催
化敏感材料更为经久耐用。
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