[发明专利]用于检测HCN气体的石英晶体微天平传感器及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明属于对剧毒气体HCN等的传感检测范畴，特别涉及可用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器及其制备方法和应用。

背景技术

氰化氢是一种无色具有苦杏仁味的剧毒气体，化学式为HCN，其相对分子量为27.03，相对密度为0.69，熔点为-14℃，沸点为26℃。HCN是一种剧毒气体，曾被用作化学武器，属于血液性化学战剂，主要作用：限制血液吸收氧气，达到使人缺氧致死的目的。HCN气体的毒性大约是CO气体的30倍，当人暴露在浓度为300ppm的HCN气体下1分钟就可致人死亡(Osińska,M.,Reaction Kinetics,Mechanisms and Catalysis,2013.109(1):p.57-65.)。因此，发展对HCN气体的快速检测方法变得尤为重要。目前国际上检测HCN气体的通用方法是异烟酸-吡唑啉酮法，该方法具有检出限低、灵敏度高、分析可靠的特点，但是操作很复杂，不适合对HCN气体的快速检测。其它方法如电化学方法、原子吸收分光光度法也因其自身的限制而不适合HCN气体的快速检测。

石英晶体微天平是一种以质量变化为依据的高灵敏度传感器，具有超低检出限和快速响应的特点。另外由于其造价低、体积小以及性能优越的特性，能满足实际应用的需要，具有很好的应用前景。石英晶体微天平作为传感器的应用涉及以下过程：①负载样品的合成与制备。②将所得样品负载于石英晶体微天平晶振的电极表面，得到石英晶体微天平传感器。③将石英晶体微天平传感器连接于检测设备，进行相关检测。

其中样品的负载量是计算传感器灵敏度的重要参数，负载量可由Sauerbrey方程式(Sauerbrey,G.,Zeitschrift für Physik,1959.155(2):p.206-222.)求得：ΔF＝-2.26×10^-6F²ΔM/A

其中ΔF:石英晶体微天平晶振的振动频率变化值；F:石英晶体微天平晶振的原始振动频率(Hz)；ΔM:石英晶体微天平晶振的电极表面所负载物质的质量(g)；A:气体传感面积(cm²)。

石英晶体微天平作为传感器应用于有毒有害气体检测时，前提是气体与负载的样品之间发生作用，引起石英晶体微天平晶振的电极表面所负载物质的质量发生变化，从而产生响应信号，同时可由石英晶体微天平晶振的振动频率的变化值推导出被分析物的浓度。

发明内容

本发明的目的之一是提供可用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器。

本发明的目的之二是提供一种可用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器的制备方法。

本发明的目的之三是提供可用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器在检测低浓度的剧毒HCN气体方面的应用。

本发明的用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器，主要涉及石英晶体微天平晶振的电极表面的修饰。通过低温水热反应策略制备纳米级花状结构的氢氧化镍球粉末，将制得的纳米级花状结构的氢氧化镍球粉末均匀分散于去离子水中形成悬浊液后，将上述悬浊液，通过滴涂的方法修饰到石英晶体微天平晶振的电极表面，从而制得用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器；最后将制得的石英晶体微天平传感器置于剧毒气体HCN的检测室中进行HCN气体的快速检测，该石英晶体微天平传感器对剧毒HCN气体的检测表现出了高灵敏度、高选择性的特点。

本发明的用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器，是在石英晶体微天平传感器的石英晶体微天平晶振的电极的两个表面均修饰有直径为3～6μm的微米级花状结构的氢氧化镍球，且花状结构氢氧化镍球的每一叶片的厚度为20～30nm。

所述的石英晶体微天平晶振的电极的两个表面均修饰有直径为3～6μm的微米级花状结构的氢氧化镍球，其两个表面的修饰量都为6～10微克。

本发明的用于快速检测剧毒HCN气体的石英晶体微天平传感器的制备方法包括以下步骤：

(1)将7～10毫克的直径为3～6μm的微米级花状结构的氢氧化镍球分散于5～10毫升的去离子水中，经过超声分散处理，形成均一分散的悬浊液；所述的花状结构的氢氧化镍球的每一叶片的厚度为20～30nm；

(2)取4～8微升(可用微量注射器移取)步骤(1)所得均一分散的悬浊液，缓慢滴涂于石英晶体微天平晶振的电极的一侧表面；