專利名稱：納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法及檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工材料檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法及檢測器。
背景技術(shù)：
目前，高效液相色譜中紫外檢測器(UVD)是一種較為通用的檢測器，但它所能檢測的物質(zhì)必須具有吸收紫外光的生色基團(tuán)，這大大限制了其應(yīng)用范圍。對(duì)于無紫外吸收或弱紫外吸收的有機(jī)化合物的檢測則常選用示差檢測器(RID)和蒸發(fā)光檢測器(ELSD)，但示差檢測器因其工作環(huán)境苛刻、靈敏度不高的缺點(diǎn)而使其應(yīng)用受到很大限制；蒸發(fā)光檢測器因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、靈敏度普遍不高、價(jià)格昂貴而未能普及。最近，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氣體分子在具有催化活性的固體材料(微米量級(jí))表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)可產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，他們并對(duì)這一現(xiàn)象做過一些初步的研究，但是他們的工作僅局限于有機(jī)氣體小分子測定，并且對(duì)試驗(yàn)所需儀器、反應(yīng)環(huán)境要求很高，普遍檢測靈敏度不高，加之所研究的材料種類和催化活性的限制，這一研究并未獲得廣泛的重視。本發(fā)明專利的核心技術(shù)在于利用微量噴霧原理，對(duì)溶液進(jìn)行霧化處理，試樣經(jīng)霧化并傳輸至催化發(fā)光器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中有機(jī)物分子的測定。這一方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)包括無紫外吸收或弱紫外吸收的多種有機(jī)物分子的測定，并具有較高的靈敏度。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，利用納米材料催化發(fā)光的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中有機(jī)物分子的測定尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法及檢測器。其特征在于所述納米材料催化發(fā)光檢測器的構(gòu)成為樣品溶液霧化器固定在氣溶膠傳輸裝置頂端、納米功能材料制成的催化發(fā)光反應(yīng)器件放置在氣溶膠傳輸裝置的水平管內(nèi)和溫控器連接、單色器放在催化發(fā)光反應(yīng)器件外側(cè)和光電檢測器的前面，光電檢測器的輸出和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接；廢氣出口和廢液出口分別設(shè)置在氣溶膠傳輸裝置下部的左右兩邊；所述檢測溶液中有機(jī)物分子的方法是利用微量噴霧原理和納米材料催化有機(jī)分子產(chǎn)生發(fā)光的特性，對(duì)試樣溶液進(jìn)行霧化、傳輸、催化發(fā)光，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中包括無紫外吸收或弱紫外吸收在內(nèi)的多種有機(jī)物分了的檢測；其檢測過程是將納米材料以粉體或薄膜的形式涂附或燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，加熱至500℃，保持30min條件下，以消除吸附物的干擾。工作溫度在30-600℃范圍內(nèi)，以流速為0.5-20L/min、體積混合比為1∶99-99∶1的N2/O2混合氣或空氣為載氣氣體，從進(jìn)氣口進(jìn)入溶液霧化器，樣品溶液從進(jìn)樣口注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光器件處進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電檢測器檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算處理，得到在檢測波長從400-700nm變化時(shí)，光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化。
所述催化發(fā)光器件由三部分構(gòu)成，中心為電阻絲加熱棒，外圍燒結(jié)上陶瓷材料作為襯底，然后將納米材料涂附在襯底表面上。
所述納米材料為γ-Al2O3、SrCO3或Cr2O3、LaCO3與Pt的復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果是可以對(duì)溶液中包括無紫外吸收或弱紫外吸收在內(nèi)的多種有機(jī)物分了進(jìn)行檢測，并可作為高效液相色譜的一種新型檢測手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中多種有機(jī)物分子的分離檢測，對(duì)有機(jī)化合物溶液(糖類、氨基酸類、醇類、醛類、羧酸類)均有很好的響應(yīng)，能夠利用本發(fā)明的催化發(fā)光檢測器進(jìn)行測定。該檢測器優(yōu)點(diǎn)主要有無試劑損耗、長壽命、高靈敏度、易操作、重復(fù)性好。


圖1 為基于納米材料的化學(xué)發(fā)光檢測器結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2.為催化發(fā)光器件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法及檢測器。該納米材料催化發(fā)光檢測器的構(gòu)成是樣品溶液霧化器3固定在氣溶膠傳輸裝置4頂端、納米功能材料制成的催化發(fā)光反應(yīng)器件9放置在氣溶膠傳輸裝置4的水平管內(nèi)并和溫控器7連接、單色器11放在催化發(fā)光反應(yīng)器件9外側(cè)和光電檢測器5的前面，光電檢測器5的輸出和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6連接，廢氣出口8和廢液出口10分別設(shè)置在氣溶膠傳輸裝置4的下部左右兩邊；所述檢測溶液中有機(jī)物分子的方法是利用微量噴霧原理和納米材料催化有機(jī)分子產(chǎn)生發(fā)光的特性，對(duì)試樣溶液進(jìn)行霧化、傳輸、催化發(fā)光，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中包括無紫外吸收或弱紫外吸收在內(nèi)的多種有機(jī)物分子的檢測；其檢測過程是將納米材料12以粉體或薄膜的形式涂附或燒結(jié)在加熱棒14表面的陶瓷襯底13上，加熱至500℃，保持30min條件下，以消除吸附物的干擾。工作溫度在30-600℃范圍內(nèi)，以流速為0.5-20L/min、體積混合比為1∶99-99∶1的N2/O2混合氣或空氣為載氣氣體，從進(jìn)氣口1進(jìn)入溶液霧化器，樣品溶液從進(jìn)樣口2注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光器件處進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電檢測器檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算處理，得到在檢測波長從400-700nm變化時(shí)，光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化。上述催化發(fā)光器件由三部分構(gòu)成，中心為電阻絲加熱棒14，外圍燒結(jié)上陶瓷襯底13，然后將納米材料12涂附在襯底13表面上。
上述納米材料為γ-Al2O3、SrCO3或Cr2O3、LaCO3和Pt的復(fù)合材料。
下面再舉實(shí)際應(yīng)用的幾種納米傳感材料所作實(shí)例對(duì)本發(fā)明的效果予以進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一將納米材料γ-Al2O3以粉體或薄膜的形式涂附或燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，升溫到500℃，保持30min，以消除吸附物的干擾。工作溫度在100℃，載氣氣體為N2∶O2混合氣(配比在1∶99-99∶1范圍內(nèi))，流速在10L/min，檢測波長從400-700nm可實(shí)現(xiàn)變化。取定量的樣品溶液，比如50μL蔗糖或葡萄糖或其他糖類化合物水溶液，由進(jìn)樣口注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光器件處進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電倍增管檢測，電腦自動(dòng)收集信號(hào)。光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化，如對(duì)蔗糖溶液，其線性范圍為10-1000μg/mL；葡萄糖溶液，其線性范圍為1.0-100μg/mL。
實(shí)施例二將納米材料SrCO3以粉體或薄膜的形式燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，升溫到500℃，保持30min，以消除吸附物的干擾。工作溫度在30℃，載氣氣體為N2∶O2混合氣(配比在1∶99-99∶1范圍內(nèi))，流速在0.5L/min，檢測波長從400-700nm可實(shí)現(xiàn)變化。取定量的溶液，比如50μL乙醇和其它醇類化合物溶液，由進(jìn)樣口注入到檢測器腫，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光反應(yīng)器件中進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電倍增管檢測，電腦自動(dòng)收集信號(hào)，光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化，如對(duì)乙醇溶液，其線性范圍為10-1000μg/mL。
實(shí)施例三將納米材料γ-Al2O3以粉體或薄膜的形式燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，升溫到500℃，保持30min，以消除吸附物的干擾。工作溫度在250℃，載氣氣體為N2∶O2混合氣(配比在1∶99-99∶1范圍內(nèi))，流速在15L/min，檢測波長從400-700nm可實(shí)現(xiàn)變化。取定量的樣品溶液，比如50μL纈氨酸或其他氨基酸類化合物水溶液，由進(jìn)樣口注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光器件處進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電倍增管檢測，電腦自動(dòng)收集信號(hào)。光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化，如對(duì)纈氨酸溶液，其線性范圍為20-1000μg/mL。
實(shí)施例四將納米復(fù)合材料Cr2O3:LaCO3:Pt以粉體或薄膜的形式燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，升溫到500℃，保持30min，以消除吸附物的干擾。工作溫度在450℃，載氣氣體為N2∶O2混合氣(配比在1∶99-99∶1范圍內(nèi))，流速在5L/min，檢測波長從400-700nm可實(shí)現(xiàn)變化。取定量的溶液，比如50μL NH3水溶液，注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電倍增管檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算處理，光信號(hào)隨氨水濃度的變化呈線性變化，其線性范圍為50-1000μg/mL。
實(shí)施例五將該檢測器與高效液相色譜聯(lián)用。檢測器中納米材料γ-Al2O3以粉體或薄膜的形式燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，升溫到500℃，保持30min，以消除吸附物的干擾。工作溫度在600℃，載氣氣體為N2∶O2混合氣(配比在1∶99-99∶1范圍內(nèi))，流速在20L/min，檢測波長從400-700nm可實(shí)現(xiàn)變化。高效液相色譜試驗(yàn)條件為Zorbax SB-18柱，乙腈—水流動(dòng)相，流速0.5-3.0mL/min。取定量的樣品溶液，比如50μL糖—葡萄糖混合水溶液。試液經(jīng)分離進(jìn)入檢測器，霧化形成氣溶膠并傳輸至催化發(fā)光器件進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電倍增管檢測，電腦自動(dòng)收集信號(hào)。光信號(hào)隨糖濃度的變化呈線性變化，蔗糖和葡萄糖能較好分離，其線性范圍分別為50-1000μg/mL，10-500μg/mL。
權(quán)利要求
1.一種納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法，其特征在于所述檢測溶液中有機(jī)物分子的方法是利用微量噴霧原理和納米材料催化有機(jī)分子產(chǎn)生發(fā)光的特性，對(duì)試樣溶液進(jìn)行霧化、傳輸、催化發(fā)光，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中包括無紫外吸收或弱紫外吸收在內(nèi)的有機(jī)物分子的檢測；其檢測過程是將納米材料以粉體或薄膜的形式涂附或燒結(jié)在陶瓷加熱器的表面，加熱至500℃，保持30min條件下，以消除吸附物的干擾；工作溫度在30-600℃范圍內(nèi)，以流速為0.5-20L/min、體積混合比為1∶99-99∶1的N2/O2混合氣或空氣為載氣氣體，從進(jìn)氣口進(jìn)入溶液霧化器，樣品溶液從進(jìn)樣口注入到檢測器中，試液經(jīng)霧化并帶到催化發(fā)光器件處進(jìn)行反應(yīng)，光信號(hào)由光電檢測器檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算處理，得到在檢測波長從400-700nm變化時(shí)，光信號(hào)隨溶液濃度的變化呈線性變化。
2.一種納米材料催化發(fā)光檢測器，其特征在于所述納米材料催化發(fā)光檢測器的構(gòu)成是樣品溶液霧化器(3)固定在氣溶膠傳輸裝置(4)頂端、納米功能材料(12)制成的催化發(fā)光反應(yīng)器件(9)放置在氣溶膠傳輸裝置(4)的水平管內(nèi)，并和溫控器(7)連接、單色器(11)放在催化發(fā)光反應(yīng)器件(9)外側(cè)和光電檢測器(5)的前面，光電檢測器(5)的輸出和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(6)連接，廢氣出口(8)和廢液出口(10)分別設(shè)置在氣溶膠傳輸裝置(4)的下部左右兩邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述納米材料催化發(fā)光檢測器，其特征在于所述催化發(fā)光器件由三部分構(gòu)成，中心為電阻絲加熱棒(14)，外圍燒結(jié)上陶瓷材料襯底(13)，然后將納米材料(12)涂附或燒結(jié)在襯底(13)表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化工材料檢測技術(shù)領(lǐng)域的一種納米材料催化發(fā)光檢測溶液中有機(jī)物分子的方法及檢測器。納米材料催化發(fā)光檢測器的樣品溶液霧化器固定在氣溶膠傳輸裝置頂端、納米功能材料制成的催化發(fā)光反應(yīng)器件置于氣溶膠傳輸裝置水平管內(nèi)并與溫控裝置相連，光電檢測器的輸出和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。所述檢測溶液中有機(jī)物分子的方法是利用微量噴霧原理和納米材料催化有機(jī)分子產(chǎn)生發(fā)光的特性，對(duì)試樣溶液進(jìn)行霧化、傳輸、催化發(fā)光，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中包括無紫外吸收或弱紫外吸收在內(nèi)的多種有機(jī)物分子的檢測。無試劑損耗、長壽命、高靈敏度、易操作、重復(fù)性好，可作為高效液相色譜的一種新型檢測手段。
文檔編號(hào)G01N21/62GK1554939SQ20031012176
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者張新榮, 呂弋, 劉國宏 申請(qǐng)人:清華大學(xué)