一种基于聚苯胺的光热纸传感器及其在检测2,4,6-三硝基甲苯中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于2，4，6-三硝基甲苯传感和检测技术领域，特别涉及一种基于聚苯胺的光热纸传感器及其在检测2，4，6-三硝基甲苯中的应用。
技术背景
[0002]随着社会的发展，人们越来越重视国土安全，人类健康和绿色环境，炸药残留物和爆炸类似物的检测，吸引了科学的关注，并成为应对恐怖主义威胁，土壤和地下水污染的重要国际问题，爆炸物及其类似物的快速、灵敏、选择性分析是分析化学界与社会最为关注的领域之一。根据化学性质分类，炸药可分为硝基芳烃，硝酸酯，重氮盐化合物和过氧化物。其中，2，4，6-三硝基甲苯作为一种重要的爆炸物被广泛运用于军工生产和民用爆破中，由于其是一种高毒性的致癌化合物，因此在生产和使用过程中，很容易渗入土壤和水体中，对环境造成极大的损害，对民众的健康构成了很大的威胁，所以检测此类化合物对环境和人体健康都具有十分重要的意义。其中，硝基爆炸物是人类在军事行动和犯罪行为使用最广泛的，作为普通工业炸药，常见的有2，4，6-三硝基甲苯，2，4，6-三硝基苯酚、2，4-二硝基甲苯和三硝基苯甲硝胺。现在硝基苯的检测方法主要有气相色谱法、气质谱联用技术、电化学法，液相色谱法、表面等离子共振光谱法等。然而这些方法都存在着一定的局限性，如仪器复杂难以操作和设备昂贵导致不能广泛应用，爆炸物检测限低、灵敏度低、不能做到选择性检测、检测方法不稳定性等问题。
[0003]到目前为止，导电聚合物聚苯胺已被用于光伏装置(太阳能电池)和治疗癌症中的光热剂。具有路易斯碱性质的聚苯胺上的丰富给电子基团氨基可以提供很好的结合位点，并且可以通过改变掺杂剂从而调整其电学和光学性质。掺杂剂(例如，强酸性，路易斯酸)可以调变质子化聚苯胺的价带和导带之间的带隙状态，诱导电子和新的带隙的形成，并降低激发能。基于此，掺杂态聚苯胺的吸收峰会产生红移，在某些情况下，甚至会对近红外区产生吸收。通过加热产生的聚苯胺在近红外区的吸收来消融癌细胞的研究已有报告。由于2，4，6-三硝基甲苯上存在三个强吸电子基团硝基，导致其形成了具有缺电子芳香环的路易斯酸，有趣的是，2，4，6-三硝基甲苯作为掺杂剂可以调节聚苯胺的吸收峰并随后产生一定的光热效应。为了实现2，4，6-三硝基甲苯的选择性分析检测，本发明设计一种基于聚苯胺的光热纸传感器，达到快速、灵敏、检测限低、方便实用，是本发明的意义和重点所在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于聚苯胺的光热纸传感器及其在检测2，4，6-三硝基甲苯中的应用。
[0005]本发明以苯胺为单体，通过化学氧化聚合得到聚苯胺高分子，并将其应用于2，4，6-三硝基甲苯硝基爆炸物的检测。
[0006]本发明所述的基于聚苯胺的光热传感器的制备方法，其具体步骤如下:
[0007]a.将5_15mmol苯胺单体完全溶解于10_18mL浓度为0.5_2mol/L的盐酸溶液中，逐滴加入5-15mL过硫酸铵的盐酸溶液，其中过硫酸铵l-5mmol，盐酸浓度为0.5_2mol/L，2-5 °C 下氧化 5-1Oh ；
[0008]b.氧化完成后，6000-9000r/min离心3_6min收集沉淀，再将其分散于3_10mL浓度为0.5-2mol/L的氢氧化钠溶液中，过滤；
[0009]c.将步骤b得到的产物分散于丙酮中，6000-9000r/min离心3_6min收集沉淀，在真空条件下干燥20-30h，得到聚苯胺粉末备用；
[0010]d.将步骤c得到的聚苯胺粉末溶解于体积比为0.5:1-3:1的乙醇乙腈混合溶剂中，聚苯胺的浓度为0.05-0.5mg/mL,即为基于聚苯胺的光热传感器。
[0011]将试纸浸入上述制备的基于聚苯胺的光热传感器中，然后取出，干燥，即得到聚苯胺的光热纸传感器。
[0012]将上述制备的基于聚苯胺的光热传感器应用于2，4，6-三硝基甲苯的痕量检测。
[0013]将上述制备的基于聚苯胺的光热纸传感器应用于2，4，6-三硝基甲苯的痕量检测。
[0014]上述基于聚苯胺的光热传感器检测2，4，6-三硝基甲苯时的激发光的波长为808nmo
[0015]上述基于聚苯胺的光热纸传感器检测2，4，6-三硝基甲苯时的激发光的波长为808nmo
[0016]本发明的有益效果:本发明首次报道了光热纸传感器选择性灵敏检测2，4，6-三硝基甲苯，检测线可达到14ng/cm2。由于氨基与硝基之间会发生特异性反应，形成迈森海默复合物。由于聚苯胺上存在大量的给电子基团氨基，而2，4，6-三硝基甲苯上有吸电子基团硝基，当2，4，6-三硝基甲苯存在于含有聚苯胺的溶液中时，形成迈森海莫复合物，电子从氨基转移到硝基上，在近红外区800nm处产生吸收。在本发明中，采用808nm 二极管激发器，聚苯胺/2，4，6-三硝基甲苯复合物的光热效应导致溶液温度降低，并且温差变化与2,4, 6-三硝基甲苯的浓度成正比，形成一定的线性关系。该发明不仅可以应用于溶液中，并且可以在纸上对2，4，6-三硝基甲苯具有很好的选择性检测。与传统的检测方法比较，该发明操作快捷，方法新颖，首次选用光热效应检测2，4，6-三硝基甲苯，并且可以很好的应用于纸传感检测。这在聚苯胺合成和光热检测2，4，6-三硝基甲苯技术方面都具有重要的意义。
【附图说明】
[0017]图1:光功率密度为1.5W/cm2的808nm近红外光照下，实施例1制备的基于聚苯胺的光热传感器溶液的温度随TNT浓度变化的变化，其温度由红外相机记录。
[0018]图2:在不同的TNT浓度下，实施例1制备的基于聚苯胺的光热传感器溶液经808nm近红外光照3分钟后的光热图像。
[0019]图3:实施例1制备的基于聚苯胺的光热传感器溶液温度变化随TNT浓度增加的标准曲线；△ T = T-T0, T。和T分别代表光照前、后的温度。
[0020]图4:由红外相机记录的含有不同硝基芳香化合物的实施例1制备的基于聚苯胺的光热传感器经808nm光照(1.5W/cm2)后的温度差；右侧对应的光热图像给出的是光照180s后的光热图像。
[0021]图5:实施例1制备的基于聚苯胺的光热纸传感器用于检测TNT:TNT含量不同纸传感器的数码照片和经808nm光照40s后的光热图像。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]a.将1mmol苯胺单体完全溶解于15mL浓度为lmol/L的盐酸溶液中，逐滴加入1mL过硫酸铵的盐酸溶液，其中过硫酸铵2.5mmol，盐酸浓度为lmol/L，4°C下氧化6h ;
[0024]b.氧化完成后，7000r/min离心5min收集沉淀，再将其分散于5mL浓度为lmol/L的氢氧化钠溶液中，过滤；
[0025]c.将步骤b得到的质子化的聚苯胺产物分散于丙酮中，以保证完全清除苯胺的低聚物，7000r/min离心5min收集沉淀，在真空条件下干燥24h，得到聚苯胺粉末备用；
[0026]d.将步骤c得到的聚苯胺粉末溶解于体积比为1:1的乙醇乙腈混合溶剂中，聚苯胺的浓度为0.lmg/mL,即为基于聚苯胺的光热传感器。
[0027]将试纸浸入上述制备的基于聚苯胺的光热传感器中，然后取出，干燥，即得到聚苯胺的光热纸传感器。
[0028]上述制备的基于聚苯胺的光热传感器检测2，4，6-三硝基甲苯的结果如图所示:图1为不同浓度的2，4，6-三硝基甲苯测试得到的传感器溶液的温度变化图，图3为传感器溶液温度变化随2，4，6-三硝基甲苯浓度增加的标准曲线图；图2为不同浓度的2，4，6-三硝基甲苯在光热传感器溶液中，经808nm近红外光照3分钟后的光热图像。
[0029]将不同的硝基芳香化合物加入基于聚苯胺的光热传感器中的温度差，以及经808nm光照后光热图像如图4所示，
[0030]将不同浓度的2，4，6-三硝基甲苯溶液滴到聚苯胺的光热纸传感器上，其数码照片和经808nm光照40s后的光热图像如图5所示。
【主权项】
1.一种基于聚苯胺的光热传感器的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下: a.将5-15mmol苯胺单体完全溶解于10_18mL浓度为0.5-2mol/L的盐酸溶液中，逐滴加入5-15mL过硫酸铵的盐酸溶液，其中过硫酸铵l-5mmol，盐酸浓度为0.5_2mol/L，2-5°C下氧化5-10h ； b.氧化完成后，6000-9000r/min离心3_6min收集沉淀，再将其分散于3_10mL浓度为0.5-2mol/L的氢氧化钠溶液中，过滤； c.将步骤b得到的产物分散于丙酮中，6000-9000r/min离心3_6min收集沉淀，在真空条件下干燥20-30h，得到聚苯胺粉末备用； d.将步骤c得到的聚苯胺粉末溶解于体积比为0.5:1-3:1的乙醇乙腈混合溶剂中，聚苯胺的浓度为0.05-0.5mg/mL,即为基于聚苯胺的光热传感器。2.—种基于聚苯胺的光热纸传感器的制备方法，其特征在于，将试纸浸入基于聚苯胺的光热传感器中，然后取出，干燥，即得到聚苯胺的光热纸传感器。3.根据权利要求1所述的方法制备得到的基于聚苯胺的光热传感器在2，4，6-三硝基甲苯的痕量检测中的应用。4.根据权利要求2所述的方法制备得到的基于聚苯胺的光热纸传感器在2，4，6-三硝基甲苯的痕量检测中的应用。5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的基于聚苯胺的光热传感器检测2，4，6-三硝基甲苯时的激发光的波长为808nm。6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的基于聚苯胺的光热纸传感器检测2，4，6-三硝基甲苯时的激发光的波长为808nm。
【专利摘要】本发明公开了一种基于聚苯胺的光热纸传感器及其在检测2,4,6-三硝基甲苯中的应用。本发明以苯胺为单体，通过化学氧化聚合得到聚苯胺高分子，并将其应用于2,4,6-三硝基甲苯硝基爆炸物的检测。本发明制备的光热纸传感器选择性灵敏检测2,4,6-三硝基甲苯，检测线可达到14ng/cm2。采用808nm二极管激发器，聚苯胺/2,4,6-三硝基甲苯复合物的光热效应导致溶液温度降低，并且温差变化与2,4,6-三硝基甲苯的浓度成正比，形成一定的线性关系。该发明不仅可以应用于溶液中，并且可以在纸上对2,4,6-三硝基甲苯具有很好的选择性检测。与传统的检测方法比较，该发明操作快捷，方法新颖，首次选用光热效应检测2,4,6-三硝基甲苯，并且可以很好的应用于纸传感检测。
【IPC分类】G01N21/63
【公开号】CN105158216
【申请号】CN201510601631
【发明人】汪乐余, 白敏 , 黄盛
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月20日