专利名称：用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污染物的材料的制作方法
技术领域：
本发明属于化学物质定量分析仪器的辅助材料，具体涉及一种用于近 红外光谱快速检测低浓度气态有机污染物的材料。
技术背景存留于工厂、车间、甚至办公室、家庭空气中的有机污染物(如苯、 二甲苯、甲醛等)对健康的危害己是众所周知的了。因此，开发一种能真 正做到快速、在线、简便、能同时定量分析气体中几乎所有有机污染物、 且能便携移动的仪器无疑具有广泛的社会意义和经济价值。目前有很多技术和设备都能检测低浓度的气态有机物，常用的有化学 分析、色谱、紫外-可见光谱、中远红外光谱等。但它们各有其不足。化 学法操作烦琐、耗时、无法实时在线监测；很多有机物在紫外-可见光谱 上并无吸收；虽然绝大多数有机物都有中远红外光谱，光谱收集时对外界 条件要求高，仪器需液氮冷却、且笨重、不宜于便携移动；相对而言，色 谱仪是有效的有机物分析方法，但也笨重、价高、分析耗时、需专业人员， 而且也无法进行真正意义上的在线实时监测。近年来发展的近红外技术基本符合上述的要求。除甲烷、四氯化碳等 少数几种外，绝大多数有机物都吸收近红外线，这为近红外分析奠定了通 用性；与中远红外不同，近红外分析时无需液氮、且仪器轻便，完全能满 足便携移动的条件；近红外谱图收集时间短(一般少于3分钟)，借助当代 高效的计算机技术，几分钟内就能解析谱图，并一次性给出待检气体中所 有有机物的定量浓度；仪器操作简单，无需专业人员；最后，近红外仪器 价格也低于色谱和中远红外仪，与紫外-可见光谱仪相当。当然，近红外也有其不足。 一是不同有机物的近红外谱交叠，无特征吸收 峰，需要用化学计量学处理方可得出各自的浓度；二是有机物在近红外波 段的吸光度普遍不高，无法直接检测低浓度(10000-10ppm)的气态有机物。 后者正是导致当前近红外技术只应用于液态、周态物而未用于气态有机物 的主要原因。因此，合成一种既能富集气态低浓度有机污染物，又能高效 漫反射近红外线，且能重复再生应用材料就成为近红外检测气刻氏浓度有 机污染物的关键。 发明内容本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种用于近红外光谱快速 检测低浓度气态有机污染物的材料。用该材料与发射和接受近红外线的定 量分析仪器配套使用，可方便、快速、准确地获得低浓度气态有机污染物 的检测结果。本发明目的是通过以下技术方案实现的用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污染物的材料至少由两种 多孔物质组成，其中第一种物质至少为含碳化合物、硅胶中的一种；第二 种物质至少为金属氧化物、金属氢氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金 属硫酸盐、金属碳酸盐、金属磷酸盐、金属硼酸盐、金属硅酸盐中的一种。所述材料的配比(质量％)为第一种物质30~80、第二种物质20 —70。所述含碳化合物较好的有活性炭、活性炭碳纤维、富勒烯、石墨、碳黑。所述金属(元素)较好的有镁、钙、钡、钛、锆、钼、钨、锌、镉、 铝、锡、铅、锑、铋。所述材料比表面积大于或等于10平方勒克。 本发明材料可采用常规的合成方法制备，如常用的水热法、共沉淀法、溶胶;疑胶法或固相合成法。本发明材料的检测原理本发明的材料具有高效富集气态有机物、高 效漫反射近红外线的双重功能。检测时先用本发明的材料富集待测气体中 的有机污染物，将该材料置于近红外光谱仪的发光管前端，用近红外光谱 仪发射的近红外线照射该材料，由于该材料具有对近红外线反射的特性， 包含了有机污染物信息的近红外线光谱被漫反射到光谱仪中，并被记录， 再经附于光谱仪的微机进行化学计量学处理，就能快速一次性得到各污染 物各自的含量数据。本发明材料经再生后能多次重复使用。再生方法可以用100-300摄氏度的干热空气(干热空气由普通的电加热装置产生)，以脱除前次被富集的有机物;另一种再生方法是将所述材料用四氯化碳或二硫化碳等浸渍洗涤 后，再经干热空气再生。由于本发明材料具有高效富集气态有机物、高效漫反射近红外线的双 重功能，将它与近红外光谱仪或便携式近红外光谱仪配套使用，可以一次 性快速、准确地得到几乎所有污染物的浓度。本材料扩大了红外光谱仪的 使用范围，突破了目前红外技术只能应用于液态、固态物而不能用于气态 有机污染物检测的局限。而且本发明材料经简单的快速再生后，能多次重 复利用。用本发明材料进行气态有机污染物检测，方法简便，检测效率高， 结果准确，育^E线快速(一般少于10分钟)检测几乎所有低浓度(检测范围 10000-10ppm)的气态有机污染物。本发明材料的研制为监测工厂、车间、 办公室、家庭空气中的几乎所有低浓度有机污染物(如苯、二甲苯、甲醛 等)提供了一种在线、快速、简便、通用、价廉、轻便可移动的手段。
具体实施方式
实施例1取245ml4mo1/1的HC1加入300ml水，另取10g八水氯氧化锆溶入上述HC1溶液中。再取50g水玻璃(氧化钠8.7%,氧化硅27.0%)加入1000ml 水。在激烈搅拌下将水玻璃加入盐酸中，开始胶凝后停止搅拌。用 lmol/lHCl浸泡2小时，更换新的1mol/lHCl液，重复3次。用水洗涤凝 胶，直至无氯离子。在150度下干燥4小时，550度下纟誠2小时。生成 物中包含硅胶约13g、 二氧化锆约3.5g，比表面积为50平方勒克。切下 厚度为5mm左右的圆柱体作为规格材料与近红外光谱仪或便携式近红外 光谱仪配套使用。将所得材料置于近红外光谱仪的发光管前端，用近红外光谱仪发射的 近红外线照射该材料，测量二十个均含有苯(浓度范围为12.4-120.5ppm)、 邻二甲苯(浓度范围为23.0-87.8ppm)、甲醛(浓度范围为11.3-213.7ppm)三 种污染物的空气样本。通过附于光谱仪的微m^行化学计量学处理，其结 果的最大相对误差分别为苯是3.32%,邻二甲苯是2.87%,甲醛是 4.55%。所得材料用干热空气(180度)再生后可继续使用。或者用四氯化碳或 二硫化碳等浸渍洗涤后，再经干热空气再生。 实施例2在1000ml的硫酸铝溶液中(浓度为11.2g/l)加入O.lg羧甲基纤维素， 充分搅拌溶解。然后再其中加入30g325目的椰壳活性炭。在充分搅拌下， 慢慢滴入约10%的氢氧化钠溶液，直至溶液的pH为7-8为止。过滤，洗 涤直至无硫酸根离子为止。将滤饼在氮气保护下于420度下煅烧2小时， 所得生成物即为本发明材料。生成物中包含活性炭约30g、氧化铝10g， 比表面积为100平方拟克，切下厚度为10mm左右的圆柱体备用。用所得材料按实施例1的方法测量十个均含有苯(浓度范围为 10.3-555.5ppm)、氯苯(浓度范围为43.1-267.3ppm)、甲醛(浓度范围为 24.3-100.9ppm)三种污染物的空气样本。其结果的最大相对误差分别为苯是1.82%,氯苯是1.07%,甲醛是2.11%。 实施例3在1000ml的硼砂溶液中(浓度以三氧化二硼计为15g/l)加入O.lg 羧甲基纤维素，充分搅拌溶解。然后再其中加入30g325目的活性炭纤维。 在充分搅拌下，慢慢滴入约10%的七水硫酸锌溶液，直至溶液的pH为 7-8为止。过滤，洗涤直至无硫酸根离子为止。将滤饼在氮气保护下于700 度下煅烧2小时。生成物中包含活性炭纤维约30g、硼酸锌34g，比表面 积为150平方勒克，切下厚度为5mm左右的圆柱体备用。用所得材料按实施例1相同的方法测量十个均含有乙醇(浓度范围为 223-585.7ppm)、氯苯(浓度范围为143.5-211.0ppm)、丙酮(浓度范围为 35.3-212.7ppm)三种污染物的空气样本。其结果的最大相对误差分别为 乙醇是5.30%,氯苯是5.22%,丙酮是1.89%。实施例4将10gi央状的大孔硅胶置于硝酸铅溶液(以氧化铅计100-150g/l),浸 渍24小时，取出固体，400度下煅烧1小时；产物冷却后再于硝酸铅溶 液中浸渍，再煅烧，如此三次。最终生成物中含硅胶约10g、氧化铅2.8g， 比表面积为280平方勒克，切下厚度为5mm左右的圆柱体备用。实施例510g过325目筛的氧化镁粉末与10g过325目筛的膨胀石墨在石开钵中 充分混匀后，再在搅拌混匀的情况下滴入10ml水玻璃(氧化钠约1%,氧 化硅3%)。该混合物在压片机上用5Mpa的压力压片，400度下煅烧1小 时。切下厚度为5mm左右的圆柱体备用。
权利要求
1. 一种用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污染物的材料，其特征是至少由两种多孔物质组成，其中第一种物质至少为含碳化合物、硅胶中的一种；第二种物质至少为金属氧化物、金属氢氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属硫酸盐、金属碳酸盐、金属磷酸盐、金属硼酸盐、金属硅酸盐中的一种；所述材料的配比(质量％)为第一种物质30-80、第二种物质20-70。
2、 根据权利要求1所述用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污 染物的材料，其特征是所述含碳化合物为活性炭、活性炭碳纤维、富勒烯、石墨、碳黑o
3、 根据权利要求1所述用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污 染物的材料，其特征是所述金属元素为镁、韩、钡、钛、锆、钼、鸨、锌、 镉、铝、锡、铅、锑、铋。
4、 根据权利要求1至3中之一所述用于近红外光谱快速检测低浓度 气态有机污染物的材料，其特征是所述材料比表面积大于或等于10平方
全文摘要
本发明公开了一种用于近红外光谱快速检测低浓度气态有机污染物的材料，至少由两种多孔物质组成，其中第一种物质至少为含碳化合物、硅胶中的一种；第二种物质至少为金属氧化物、金属氢氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属硫酸盐、金属碳酸盐、金属磷酸盐、金属硼酸盐、金属硅酸盐中的一种；所述材料的配比(质量％)为第一种物质30-80、第二种物质20-70。本发明材料具有高效富集气态有机物、高效漫反射近红外线的双重功能，将它与近红外光谱仪或便携式近红外光谱仪配套使用，可以一次性快速、准确地得到几乎所有污染物的浓度。
文档编号G01N21/35GK101266208SQ20071003453
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月14日 优先权日2007年3月14日
发明者尹建平 申请人:尹建平