一种基于纳米晶纤维素检测硫化氢气体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有毒气体检测领域，尤其涉及一种基于纳米晶纤维素检测硫化氢气体的方法。
【背景技术】
[0002]硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的气体，具有刺激性和窒息性。人主要通过呼吸系统接触硫化氢，当硫化氢浓度较低时，对呼吸道及眼的局部有刺激作用；当浓度较高时，会对全身的中枢神经系统造成影响，甚至导致窒息；当浓度极高时，会引起嗅觉疲劳而不觉其味。有机磷农药、皮革、硫化染料、颜料和动物胶等工业中都有硫化氢的产生，沼泽地、阴沟、化粪池和污物沉淀池等处作业时均可有大量硫化氢溢出，作业工人中毒并不罕见。
[0003]随着我国工业化进程的不断加快，空气中硫化氢的背景浓度也不断提高，因此，对空气中硫化氢的检测就显得意义重大，能检测出低浓度硫化氢对于人体健康就显得尤为重要。现行的硫化氢气体的检测方法主要有:1)碘量法；2)亚甲蓝法；3)乙酸铅反应速率法；4)着色长度检测管法；5)激光吸收光谱法；6)荧光分析法；7)金属氧化物传感器；8)电化学传感器；9)气相色谱法。其中，碘量法对于低含量气体取样时间较长，且人工操作繁琐，不利于数据化采集与传输；亚甲蓝法只适用于测定硫化氢浓度较稳定的净化天然气；着色长度检测管法准确度不高；荧光分子检测铅离子需要使用价格昂贵的发光设备，电化学传感器设计复杂，操作繁琐；气相色谱法虽然灵敏度高，但气相色谱仪对采气装置的预处理、气相色谱仪进样系统的配置和惰性化处理，以及对标准气体的配制水平都要求极高，往往测试结果重现性差，测试结果不准确。上述方法技术均存在一定的局限。因此有必要建立一种可以准确测定室内外空气环境中硫化氢的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于建立一种硫化氢的检测方法，能够使得检测更加简单、低廉、高效。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一方面，本发明提供了一种基于纳米晶纤维素(NCC)检测硫化氢气体的方法，所述方法包括如下步骤:首先配制纳米晶纤维素(NCC)溶液，然后向该溶液中加入铅离子溶液，通入待测硫化氢气体，观察溶液颜色变化并用紫外-可见分光光度计检测。
[0007]本发明利用硫离子与铅离子生成硫化铅的反应检测硫化氢，纳米晶纤维素(NCC)起到分散硫化铅的作用。首先配制NCC溶液，当加入醋酸铅后，铅离子通过静电作用分散在NCC表面，此时溶液为无色，当通入硫化氢气体后，溶液中生成微米级的硫化铅与NCC的复合颗粒，NCC分散在颗粒当中，溶液颜色呈现为淡黄色或褐色。NCC可以起到稳定硫化铅的作用，使得溶液颜色稳定。
[0008]作为优选技术方案，本发明中所述纳米晶纤维素溶液的终浓度为0.2-5mg/mL，例如可以是 0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.8mg/mL、l.0mg/mL、1.2mg/mL、l.5mg/mL、l.8mg/mL、2.0mg/mL> 2.5mg/mL、3mg/mL，优选为 lmg/mL。
[0009]优选地，所述铅离子溶液的终浓度为0.2-5mM，例如可以是0.2mM、0.4mM、0.5mM、0.8mM、l.0mM、l.2mM、l.5mM、l.8mM、2.0mM、2.5mM、3.0mM，优选为 lmg/mL。
[0010]优选地，所述铅离子溶液为醋酸铅或硝酸铅溶液。
[0011]本发明中所述紫外-可见分光光度计的检测波长为300-500nm，例如检测波长可以是 300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm 或 400nm，优选为300-350nm，进一步优选为300nm。
[0012]所述方法包括如下步骤:
[0013](I)配制0.4-1 Omg/mL纳米晶纤维素溶液与0.4-1 OmM铅离子溶液，并将两种溶液混合均匀，混合后纳米晶纤维素溶液的终浓度为0.2-5mg/mL,铅离子溶液的终浓度为0.2~5mM ;
[0014](2)将硫化氢气体通入步骤(I)得到的混合溶液中，观察溶液颜色变化，并用紫外-可见分光光度计检测，定性的检测硫化氢。
[0015]本发明所述方法还可以根据硫化钠浓度所做的标准曲线来定量的检测硫化氢气体的含量。
[0016]作为优选技术方案，本发明所述的方法包括如下步骤:
[0017](I)配制0.4-10mg/mL纳米晶纤维素溶液与0.4-1 Omg/mL铅离子溶液，并将两种溶液混合均匀；
[0018](2)配制硫化钠溶液，浓度分别为 10 μ Μ、20 μ Μ,40 μ Μ、80 μ Μ、120 μ Μ、160 μ M 和200 μ Μ，现配现用；
[0019](3)取步骤⑴得到的混合溶液，加入体积比1:1的步骤(2)得到的不同浓度的硫化钠溶液，混匀，混合后纳米晶纤维素溶液的终浓度为0.2-5mg/mL,铅离子溶液的终浓度为 0.2-5mM，硫化钠的终浓度为 5 μ M，10 μ M，20 μ Μ，40 μ Μ，60 μ Μ，80 μ Μ，100 μ M ;
[0020](4)观察步骤(3)中溶液的颜色变化，并用紫外-可见分光光度计检测，作出标准曲线；
[0021 ] (5)取1-1OOmL步骤(I)得到的混合溶液，加入体积比1:1的去离子水，通入待测硫化氢气体，观察溶液的颜色变化，并用紫外-可见分光光度计检测，根据步骤(4)的标准曲线算出硫化氢的浓度。
[0022]步骤(5)所述通入待测气体的反应时间为0.01-3小时，优选为0.02-1小时，例如时间可以是0.02小时、0.5小时、I小时、1.5小时、2小时、2.5小时或3小时。
[0023]将待测气体通入检测溶液中，观察溶液颜色随时间变化，发现体系在较长时间内是稳定的。
[0024]作为优选技术方案，本发明所述的方法包括如下步骤:
[0025](I)配制4mg/mL纳米晶纤维素溶液与4mg/mL铅离子溶液，并按体积比1:1将两种溶液混合均匀；
[0026](2)配制硫化钠溶液，浓度分别为 10μΜ、20μΜ、40μΜ、80μΜ、120μΜ、160μΜ 和200 μΜ ；
[0027](3)取步骤⑴得到的混合溶液，加入体积比1:1的步骤(2)得到的不同浓度的硫化钠溶液，混匀，此时纳米晶纤维素溶液的终浓度为lmg/mL，铅离子溶液的终浓度为ImM，硫化钠的终浓度为 5 μ M，10 μ M，20 μ Μ，40 μ Μ，60 μ Μ，80 μ Μ，100 μ M ;
[0028](4)观察步骤(3)中溶液的颜色变化，并用紫外-可见分光光度计检测，作出标准曲线；
[0029](5)取步骤(I)得到的混合溶液，加入体积比1:1的去离子水，通入待测硫化氢气体，反应0.01-1小时，观察溶液颜色变化，并用紫外-可见分光光度计检测，根据步骤(4)的标准曲线算出硫化氢的浓度。
[0030]对于本领域技术人员来说，即使不明了本发明的检测原理，同样能够实施、再现本发明，即本发明的检测原理是否清楚明了，都不影响本发明的实施和再现。本发明的一种基于纳米晶纤维素的铅离子检测和去除方法，本发明的检测原理在于:
[0031]本发明利用硫离子与铅离子生成硫化铅的反应检测硫化氢，纳米晶纤维素(NCC)起到分散硫化铅的作用。首先配制NCC溶液，当加入醋酸铅后，铅离子通过静电作用分散在NCC表面，此时溶液为无色，当通入硫化氢气体后，溶液中生成微米级的硫化铅颗粒，NCC分散在颗粒当中，溶液颜色呈现为淡黄色或褐色。NCC可以起到稳定硫化铅的作用，使得溶液颜色稳走。
[0032]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0033]I)本发明的检测方法具有很好的选择性，由于本发明都无法检测二氧化硫、氨气、空气、二氧化碳、甲烷和乙烯等气体，唯独能检测二氧化硫；
[0034]2)本发明的检测方法检测快速，溶液的颜色在几秒种就能由无色转变为淡黄色或褐色，而且在一定时间内保持稳定；
[0035]3)本发明的检测方法灵敏度高，能检测到的硫化氢气体的最低浓度为lmg/m3;
[0036]4)本发明的检测方法所需试剂少，操作简单，便于推广应用。
【附图说明】
[0037]图1是本发明硫化氢气体检测原理图。
[0038]图2是本发明方法与不同浓度硫化钠反应的颜色图。
[0039]图3是本发明对不同浓度硫化钠紫外分光光度计检测结果。
[0040]图4是本发明300nm吸光度与硫化钠浓度线性关系。
[0041]图5是本发明方法与不同气体反应的颜色图。
[0042]图6是本发明方法与不同气体反应300nm下吸光度比较。
[0043]图7是本发明硫化钠反应体系随时间变化检测图。
[0044]图8是本发明NCC形貌及有无NCC存在时硫化铅的TEM图。
【具体实施方式】
[0045]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
[0046]实施例1:
[0047]本实施例具体检测方法如下:
[0048](I)配制0.4mg/mL的纳米晶纤维素溶液与0.4mM的醋酸铅溶液，并将他们按体积份数1:1混合；
[0049](2)向步骤(I)中的溶液通入硫化氢气体。
[0050](3)观察溶液颜色变化，并用紫外-可见分光光度计在300nm下检测溶液的吸光值。
[0051]实施例2:
[0052]本实施例具体检测方法如下:
[0053](I)配制lOmg/mL的纳米晶纤维素溶液与1mM的醋酸铅溶液，并将他们按体积份数1:1混合；
[0054](2)向步骤(I)中的溶液通入硫化氢气体。
[0055](3)观察溶液颜色变化，并用紫外-可见分光光度计在300nm下检测溶液的吸光值。