间甲酚紫复合薄膜光波导元件的制备及气敏性研究

发布时间：2017-07-07 11:17

  本文关键词：间甲酚紫复合薄膜光波导元件的制备及气敏性研究

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【摘要】：大气污染和室内空气污染是被全世界关注的环境污染问题之一,随着生活水平的提高人们更加重视生命健康。为了有效检测污染物、预防灾害和保证生命健全,研究安全、可靠、连续、快速的现场检测痕量气体的有效方法或新型传感器具有十分重要的意义。光波导传感器(OWG)能够灵活地选择敏感试剂,具有高灵敏度、响应迅速、容易微型化、抗电磁干扰、可连续在线监测、成本低廉等特点,故在环境监测、生物化学检测等领域有非常广泛的应用前景。这样光波导传感技术的应用到气体的检测中体现出更高的价值。文章前言部分,从有害气体的来源和危害出发,讲述了一般气体的常用检测方法及敏感材料的选择背景,介绍了传感器技术的分类。对光化学传感器中的光波导传感器的概况进行了阐述,特别着重介绍了光波导传感器的特点、分类及传感原理。还介绍了光波导技术的发展史、应用、敏感薄膜材料和薄膜制作方法。第二章为间甲酚紫(m CP)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合薄膜/K+交换玻璃传感元件对酸碱性气体的气敏研究。本章采用旋转甩涂法将掺杂PVP的mCP溶液作为敏感试剂涂敷在K+交换玻璃表面制备了mCP-PVP复合薄膜/K+交换玻璃传感元件,同时研究了该传感元件对酸碱性气体的气敏性,并在分子吸附和光学特性的变化上面探究了敏感机理。研究结果表明,该敏感元件对浓度低于1×10-10(2.66×10-4 mg/m3)、1×10-10(1.41×10-4 mg/m3)、1×10-10(6.95×10-5 mg/m3)和1×10-13(2.41×10-7 mg/m3)的H2S、SO2、NH3和TMA气体有很好的响应,并且响应速度快、重复性好。第三章在第二章的工作基础上对mCP-PVP复合薄膜/K+交换玻璃传感元件制备进行了优化。以一定pH值的缓冲溶液调节mCP-PVP溶液的pH,并将其固定在K+交换玻璃表面,研制了一定pH值的mCP-PVP复合薄膜/K+交换玻璃传感元件。对缓冲溶液pH值、mCP含量、PVP掺杂量及转速进行筛选,优化后的传感元件在选择性上有了明显的提高。该传感元件对SO2有较好的选择性,灵敏度高(响应最低浓度为1×10-14(1.41×10-8 mg/m3)),响应-恢复时间短,并且具有重复性。第四章为mCP-硬脂酸(SA)复合薄膜/K+交换玻璃传感元件的气敏性能研究。本章以旋转甩涂法将SA掺杂的间甲酚紫复合溶液涂敷在K+交换玻璃表面,制备了m-CP-SA复合薄膜/K+交换玻璃传感元件,对m-CP含量和SA掺杂量进行筛选,并研究了该薄膜的气敏性,该传感元件对NO2有很强的选择性响应,且响应浓度低于1×10-11(1.88×10-5 mg/m3),而且该传感元件的灵敏度高、响应迅速。第五章为mCP-PVP-SA复合薄膜/K+交换玻璃传感元件的气敏性能研究。本章用旋转甩涂法将以PVP-SA混合溶液掺杂的mCP复合溶液涂敷在K+交换玻璃表面,制备了mCP-PVP-SA复合薄膜/K+交换玻璃传感元件。在第二章的基础上继续筛选了SA的最佳掺杂量,并研究了该薄膜的气敏性,该传感元件对SO2有良好的选择性响应,且响应浓度低于1×10-13(1.41×10-7 mg/m3)。尽管该敏感膜响应快,但灵敏度不及一定pH值的mCP-PVP复合薄膜/K+交换复合玻璃传感元件的高。第六章是结论部分,总结本研究的所有工作内容。
【关键词】：间甲酚紫 光波导(OWG)传感元件 SO2 三甲胺(TMA) NO2
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第一章 前言10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 有害气体10
• 1.1.2 指示剂10-11
• 1.2 传感器技术11-14
• 1.2.1 化学传感器11
• 1.2.2 气体传感器11-14
• 1.3 光波导传感器14-19
• 1.3.1 光波导传感器的发展14
• 1.3.2 光波导传感器的分类14-17
• 1.3.3 光波导传感器的传感原理17-18
• 1.3.4 光波导传感器的应用18-19
• 1.4 光波导元件中的敏感材料19-20
• 1.4.1 有机材料19
• 1.4.2 无机材料19-20
• 1.4.3 光波导敏感薄膜的制作方法20
• 1.5 课题来源及论文工作20-22
• 第二章 mCP-PVP复合薄膜/K~+交换玻璃传感元件的制备及其气敏研究22-43
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-28
• 2.2.1 仪器和试剂23-24
• 2.2.2 K~+交换玻璃光波导的制备24-25
• 2.2.3 传感元件的制备25-26
• 2.2.4 标准气体的制备26-27
• 2.2.5 光波导检测系统27-28
• 2.3 结果与讨论28-42
• 2.3.1 敏感薄膜的FT-IR分析28-29
• 2.3.2 检测原理29-33
• 2.3.3 传感元件制备条件的选择33-35
• 2.3.4 mCP-PVP复合薄膜厚度的测量35
• 2.3.5 传感元件的光波导响应35-37
• 2.3.6 传感元件对H_2S和SO_2的响应37-40
• 2.3.7 传感元件对NH_3和TMA的响应40-42
• 2.4 小结42-43
• 第三章 缓冲液对mCP-PVP复合薄膜/K~+交换玻璃传感元件气敏性的研究43-52
• 3.1 引言43
• 3.2 实验部分43-46
• 3.2.1 仪器和试剂43-44
• 3.2.2 缓冲溶液的配制44
• 3.2.3 一定pH的传感元件的制备44-45
• 3.2.4 标准气体的制备与检测45-46
• 3.3 结果与讨论46-51
• 3.3.1 检测原理46-47
• 3.3.2 pH值对传感元件气敏性能和选择性的影响47-48
• 3.3.3 传感元件制备条件的选择48-49
• 3.3.4 m-CP-PVP复合薄膜厚度的测试49-50
• 3.3.5 酸性气体的检测50-51
• 3.4 小结51-52
• 第四章 mCP-SA复合薄膜/K~+交换玻璃传感元件的制备及其气敏研究52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 实验部分52-55
• 4.2.1 仪器和试剂52-53
• 4.2.2 传感元件的制备53-54
• 4.2.3 标准气体的制备及检测54-55
• 4.3 结果及讨论55-61
• 4.3.1 敏感薄膜的FT-IR分析55-56
• 4.3.2 检测原理56-57
• 4.3.3 传感元件制备条件的选择57-58
• 4.3.4 mCP-SA复合薄膜厚度的测量58-59
• 4.3.5 传感元件的光波导响应59-60
• 4.3.6 传感元件对NO_2的响应60-61
• 4.4 小结61-62
• 第五章 mCP-PVP-SA复合薄膜/K~+交换玻璃传感元件的制备及其气敏研究62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 实验部分62-64
• 5.2.1 仪器和试剂62
• 5.2.2 传感元件的制备62-64
• 5.2.3 标准气体的制备与检测64
• 5.3 结果及讨论64-71
• 5.3.1 传感元件的FT-IR分析64-65
• 5.3.2 检测原理65-66
• 5.3.3 传感元件制备条件的选择66-68
• 5.3.4 mCP-PVP-SA复合薄膜厚度的测量68
• 5.3.5 传感元件的光波导响应68-69
• 5.3.6 传感元件对SO_2的响应69-71
• 5.4 小结71-72
• 第六章 结论及展望72-74
• 参考文献74-83
• 硕士研究生期间论文发表情况83-84
• 致谢84-86

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4 司e，

本文编号：529984