CN102788784A - 一种快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法。该方法包括以下步骤：一定条件下，ClO2气体和H2S气体在反应室内混合，气相中H2S与ClO2反应产生的S原子重新组合生成电子激发态的S2 *，并且在回迁时有荧光性，产生化学发光，反应式如下：
Figure DSA00000769448000011
Figure DSA00000769448000012
其中，S2 *发射光谱波长在250-460nm之间。(2)根据ClO2气体和H2S气体化学发光反应特性，选择合适波长探测范围的传感器，对发光反应所产生的光强进行采集、记录，其中，在外部条件一定的情况下，化学发光强度与反应物的浓度有如下关系：
Figure DSA00000769448000013
其中，ICL是波长λ和时间t的函数，表示波长为λ的光子在t时刻的化学发光强度；γ是传感器的收光效率；φCL是化学反应发光效率；dcA/dt和dcB/dt分别是两种反应物的反应速率。本发明的方法适用于对60-140mg/L范围内的二氧化氯浓度进行检测，实现快速现场检测。

Description

一种快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法
技术领域
本发明属于相对封闭空间环境检测技术领域。具体涉及一种快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法。
背景技术
目前世界上主要传染病中，经空气传播的占各种传播疾病的首位。因此，空气消毒是预防控制传染源，防止交叉感染的重要措施。尤其是对人员相对集中的如医院、图书馆等较大空间环境的公共场所进行空气预防性消毒和终末消毒显得尤为重要，有效的空气消毒能在一定时间内杀灭空气悬浮颗粒上沾染的病原微生物，可以在疾病预防控制过程中起到关键作用。
二氧化氯作为一种强氧化剂和高效消毒剂，在水处理、医疗、食品行业中已经得到了广泛的应用。近些年，二氧化氯由于其出色的杀菌消毒效果，已经被应用于反恐领域，对遭受生物和化学武器袭击或者污染的场所进行有效的清洗。
相对于液体二氧化氯，气体二氧化氯由于其优异的高效广谱杀菌性能和较低的有毒副产物，用于空气消毒是一项易于大面积使用的新型控制、防治技术，特别适用于对大面积空间环境中微生物的杀菌消毒。气体二氧化氯除了在医院、图书馆等公共卫生领域应用于空间环境微生物的杀菌消毒外，还可广泛应用于大棚蔬菜、水果的杀菌，以取代传统农药杀虫剂，提高果蔬的食品安全性，同时在粮食存储仓库的除霉防霉，森林和农作物病虫的防治等许多领域也具有极其广阔的应用前景。然而，当空气中的二氧化氯浓度过高时，除对人体器官有强烈刺激作用外，还有一定的爆炸危险性。因此，为了保障生产和使用过程中人们的生命和财产安全，对空气中二氧化氯气体的浓度必须进行严格监测与控制。
目前，对于空气中二氧化氯气体及其浓度的检测还没有更好的方法，现有少量的文献报道也大多是采取用大气采样器采集含有二氧化氯气体的空气溶于吸收剂水中，通过分光光度法测定吸收水样中二氧化氯的浓度然后还原到空气中的二氧化氯浓度。这种方法的优点是测试值相对比较准确，其缺点：一是只适合空气中高浓度的二氧化氯检测，对于低浓度的二氧化氯检测无能为力；二是不能实现快速现场检测，这样不能及时控制相关空间环境空气中的二氧化氯气体，检测方法存在滞后性，不能满足实际应用。
发明内容
本发明的目的提供一种快速检测空气中二氧化氯气体浓度的方法，建立一个简便、快速的二氧化氯气体浓度的检测方法。
根据本发明的一个方面提供了一种快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法，包括以下步骤：
(1)在一定条件下，ClO2气体和H2S气体在反应室内混合，气相中H2S与ClO2反应产生的S原子重新组合生成电子激发态的S2 *，并且在回迁时有荧光性，产生化学发光，反应式如下：
Figure BSA00000769448200021
Figure BSA00000769448200022
其中，S2 *发射光谱波长在250～460nm之间。
(2)根据ClO2气体和H2S气体化学发光反应特性，选择合适波长探测范围的传感器，对发光反应所产生的光强进行采集、记录，
其中，在外部条件一定的情况下，化学发光强度与反应物的浓度有如下关系：
Figure BSA00000769448200023
其中，ICL是波长λ和时间t的函数，表示波长为λ的光子在t时刻的化学发光强度；γ是传感器的收光效率；
Figure BSA00000769448200024
是化学反应发光效率；dcA/dt和dcB/dt分别是两种反应物的反应速率。
在一些实施方式中，一定条件是：温度为室温，H2S气体的纯度为95％～99.8％，流速为50～80mL/min；ClO2浓度为10～200mg/L，流速为100～600mL/min；反应室内压强为0.1～0.05MPa；传感器采集频率为5～500Hz，采集时长为5s-10min。
在一些实施方式中，反应室内压强为0.06MPa时，化学发光的光信号强度达到最大，检测灵敏度较高。
在一些实施方式中，ClO2气体流速为300mL/min时，光信号强度达到最大值，检测具有最高的灵敏度。
在一些实施方式中，反应室压强为0.06MPa，气体流速为300mL/min时，ClO2浓度在60～140mg/L范围内，浓度值与化学发光强度的关系式为：ICL＝24.356+0.7233c，检测灵敏度为0.7233/(mg.L-1)。
在一些实施方式中，S2 *发射光谱最大发射波长在328nm。
在一些实施方式中，在ClO2气体和H2S气体的化学发光反应中，H2S始终过量，步骤(2)所述的浓度关系式通过积分变化，简化为：
Figure BSA00000769448200031
ICL表示整个反应的总的化学发光强度；K表示测试条件常数或作为灵敏度的度量；c为待测物ClO2浓度；C为积分常数。
在一些实施方式中，所用传感器为紫外光传感器，作为光信号的采集装置。
在一些实施方式中，记录通过记录仪实现，记录仪需要设置适合的信号采集时长和采集频率，再将不同时刻的光信号强度，对反应时间进行积分来获得一定时间内的光信号总强度，其中，所述信号采集频率可调范围在4～1000Hz之间，通过RS232接口与电脑相连，对数据采集与保存。
本发明快速检测空气中二氧化氯气体浓度的方法适用于对60～140mg/L浓度范围内的二氧化氯浓度进行检测，无需先采集含有二氧化氯气体的空气再进行检测可以实现快速现场检测。
附图说明
图1-2为不同时长的本底信号测试图。
图3-8为不同压强下化学发光强度-时间曲线图。
图9-13为不同二氧化氯流速时化学发光强度-时间曲线图。
图14-18为不同二氧化氯浓度是化学发光强度-时间曲线图。
图19为化学发光强度和二氧化氯浓度关系图。
具体实施方式
在一定条件下，ClO2气体和H2S气体在反应室内混合，气相中H2S与ClO2反应产生的S原子重新组合生成电子激发态的S2 *，并且在回迁时有荧光性，产生化学发光，反应式如下：
Figure BSA00000769448200032
Figure BSA00000769448200033
其中，S2 *发射光谱波长在250-460nm之间。
根据ClO2气体和H2S气体化学发光反应特性，选择合适波长探测范围的传感器，对发光反应所产生的光强信号进行采集、记录，
其中，在外部条件一定的情况下，化学发光强度与反应物的浓度有如下关系：
其中，ICL是波长λ和时间t的函数，表示波长为λ的光子在t时刻的化学发光强度；γ是传感器的收光效率；
Figure BSA00000769448200041
是化学反应发光效率；dcA/dt和dcB/dt分别是两种反应物的反应速率。
ClO2气体和H2S气体的化学发光反应中，保持H2S始终过量，步骤(2)中的关系式通过积分变化，简化为：ICL表示整个反应的总的化学发光强度；K表示测试条件常数或作为灵敏度的度量；c为待测物ClO2浓度；C为积分常数。
实施例1：仪器本底信号检测
传感器为德国OSRAM公司的SFH530-R紫外光传感器，作为光信号的采集装置。SFH530-R紫外光传感器具有体积小、检测紫外光灵敏、低功耗、寿命长的特点，其主要响应区域覆盖了长波紫外线(400nm-315nm)和中波紫外线(315nm-280nm)的波段范围。由于传感器本身的原因而产生的信号噪声包含在输出信号之中，会给测试结果造成误差。本底信号主要与传感器工作时长和工作温度有关。本发明是在室温下进行测试，获得传感器的本底信号强度随时间的变化规律，以便在实际测试中从输出信号中消除本底信号对测量结果的影响。气相化学发光反应十分迅速，发光持续时间一般几百毫秒，最长不会超过数秒，因此记录仪需要设置适合的信号采集时长和采集频率，再将不同时刻的光信号强度，对反应时间进行积分，就得到一定时间内的光信号总强度。信号采集时长不宜过长，一方面是由于发光过程时间较短，另一方面是由于随着采集时间的增加，传感器的温度升高，所产生的本底信号也会增强，影响输出结果精度，因此，分别对较长时间(10min)和较短时间(5s)内本底信号进行采集，信号采集频率可调范围在4-1000Hz之间，记录仪通过RS232接口与电脑相连，对数据采集与保存，以考察传感器工作的稳定性。
在室温下对本底信号进行不同时长的采集，气路中没有气体流动，反应室内压强为常压(100kPa)。传感器采集频率为5Hz，采集时长为10min时本底测试结果如图1所示；采集频率设置为500Hz，采集时长为5s时本底测试结果如图2所示。
从图1-2中可以看出，虽然信号强度在10min之内增加了100％，但是变化趋势比较平缓，没有出现大幅度的波动。而在5s之内，本底信号的波动更小，信号波动幅度不超过50％，并且变化趋势平缓。在不同采集时长下，本底信号稳定，没有出现大范围的波动。在化学发光实验中，将本底信号强度-时间曲线作为基线，在化学发光强度信号-时间曲线与基线之间的区域面积，为光强度信号对时间的积分，可近似作为在反应过程中所产生的总的发光强度
Figure BSA00000769448200051
实施例2在不同压强下化学发光反应光信号强度的变化规律
由于反应室内的压强对气相化学发光反应具有重要的影响作用，因此本发明的温度条件为室温，H2S气体的纯度为99.5％，流速为60ml/min；ClO2浓度约为60mg/L，流速为300ml/min；反应室内压强分别为0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa；传感器采集频率为500Hz，采集时长为5s。对于不同压强条件重复5次，测试结果取5次的平均值。将得到的平均值数据导入电脑进行处理，利用OriginPro8.0绘制出不同压强下化学发光强度随时间的变化曲线，如图3-8所示，为反应室内压强分别为0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa下化学发光强度随时间的变化曲线。
由图3-8可见，当压强为0.1MPa时，并未产生明显的光信号。随后化学发光强度随着反应室内压强的降低而增强，当压强为0.06MPa时，化学发光的光信号强度达到最大。当压强小于0.06MPa时，发光强度明显减弱。这是因为反应室内压强越低，惰性分子(如N2)数量越少，减少了激发态S2分子与其碰撞而造成的“猝灭”，激发态的S2分子可以顺利的通过释放光子跃迁回基态。因此当压强为0.06MPa时，化学发光的光信号强度达到最大，即反应效率最大，从而提高了检测灵敏度。然而当压强继续降低，反应室内惰性分子数降低，反应物分子的碰撞几率同样会减小，但是猝灭作用的减弱占主导地位，因此光信号强度会继续增强。当压强低于某一阈值后，由于反应物分子碰撞几率的减小成为主导因素，影响发光反应的进行，光信号强度便会减弱，检测灵敏度降低。本发明将0.06MPa作为ClO2化学发光实验研究的最佳压强条件。
实施例3反应气体流速对发光强度的影响
气体流速对反应室内两种气体的混合效果有直接影响，从而间接影响发光反应的效率，因此本发明在室温，反应室内压强为0.06MPa；H2S气体纯度为95％，流速为50mL/min；ClO2浓度为60mg/L，流速分别为100mL/min、200mL/min、300mL/min、400mL/min和500mL/min；采集频率为500Hz，采集时长为5s条件下。对于不同的气体流速重复5次，测试结果取5次平均值。将得到的平均值数据导入电脑进行处理，利用OriginPro8.0绘制出不同ClO2流速时化学发光强度随时间的变化曲线，如图9-13所示：为ClO2流速分别为100mL/min、200mL/min、300mL/min、400mL/min和500mL/min时化学发光强度随时间的变化曲线。
由图9-13可见，随着ClO2气体流速的增加，化学发光强度逐渐增强，当ClO2气体流速为300mL/min时，光信号强度达到最大值，随后光信号强度基本没有发生太大的变化。即随着气体流速的增加，H2S和ClO2两种气体的扩散时间缩短，使反应物能够迅速、充分的混合，反应效率得到一定的提高，因此化学发光强度增强。当ClO2气体流速为300mL/min时，反应效率达到饱和，ClO2恰好完全反应，光信号强度不再随流速的增加而增强。因此，本发明中ClO2流速确定为300mL/min，此条件下发光强度具有最高的灵敏度。
实施例4二氧化氯浓度与发光强度之间的关系
确定了能够产生最大光信号强度的反应室压强0.06MPa与进入反应室的ClO2气体流速300mL/min。在此条件下，配置具有一定浓度梯度的ClO2气体，并使用五步碘量法进行标定浓度，ClO2气体的浓度分别为60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L及140mg/L，在室温下，与纯度为99.8％流速80Ml/min的H2S气体进行反应，采集频率为500Hz，采集时长为5s。对于不同浓度的ClO2气体重复5次检测，检测结果取5次平均值。将得到的平均值数据导入电脑进行处理，利用OriginPro8.0绘制出不同ClO2气体浓度时化学发光强度随时间的变化曲线，曲线下积分面积代表化学发光过程中所产生的光信号总强度ICL，如图14-18所示，为ClO2气体的浓度分别为60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L及140mg/L时化学发光强度随时间的变化曲线。根据公式便可拟合出不同ClO2气体浓度c与光信号总强度ICL之间的线性关系式，如图19所示。
由图19可见，在反应室压强为0.06MPa，ClO2气体流速为300mL/min，ClO2浓度范围为60-140mg/L时，ClO2与H2S所产生的化学发光强度与ClO2浓度具有较好的线性关系，拟合线性方程为ICL＝24.356+0.7233c，检测灵敏度为0.7233/(mg.L-1)。
以上对本发明的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本发明的限制。本领域普通技术人员在本发明的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做出各种变体，这些变体均应包含在本发明的构思之内。

Claims (9)

1.快速检测空气中气体二氧化氯浓度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)在一定条件下，ClO2气体和H2S气体在反应室内混合，气相中H2S与ClO2反应产生的S原子重新组合生成电子激发态的S2 *，并且在回迁时有荧光性，产生化学发光，反应式如下：
Figure FSA00000769448100011
其中，S2 *发射光谱波长在250-460nm之间。
(2)根据ClO2气体和H2S气体化学发光反应特性，选择合适波长探测范围的传感器，对发光反应所产生的光强信号进行采集、记录，
其中，在外部条件一定的情况下，化学发光强度与反应物的浓度有如下关系：
Figure FSA00000769448100013
其中，ICL是波长λ和时间t的函数，表示波长为λ的光子在t时刻的化学发光强度；γ是传感器的收光效率；
Figure FSA00000769448100014
是化学反应发光效率；dcA/dt和dcB/dt分别是两种反应物的反应速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：ClO2气体和H2S气体的化学发光反应中，保持H2S始终过量，步骤(2)所述的关系式通过积分变化，简化为：
Figure FSA00000769448100015
ICL表示整个反应的总的化学发光强度；K表示测试条件常数或作为灵敏度的度量；c为待测物ClO2浓度；C为积分常数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述一定条件是：温度为室温，H2S气体的纯度为95％-99.8％，流速为50～80mL/min；ClO2浓度为10～200mg/L，流速为100～600mL/min；反应室内压强为0.1～0.05MPa；传感器采集频率为5～500Hz，采集时长为5s～10min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：反应室内压强为0.06MPa时，化学发光的光信号强度达到最大，检测灵敏度较高。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：ClO2气体流速为300mL/min时，光信号强度达到最大值，检测具有最高的灵敏度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：反应室压强为0.06MPa，ClO2流速为300mL/min时，ClO2浓度在60～140mg/L范围内，浓度值与化学发光强度的关系式为：ICL＝24.356+0.7233c，检测灵敏度为0.7233/(mg.L-1)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述S2 *发射光谱最大发射波长在328nm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用传感器为紫外光传感器，作为光信号的采集装置。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述记录通过记录仪实现，所述记录仪的信号采集时长为5s、采集频率在4～1000Hz之间，将不同时刻的光信号强度，对反应时间进行积分来获得采集时长内的光信号总强度，通过RS232接口与电脑相连，对数据采集与保存。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110243811A (zh) * 2019-04-30 2019-09-17 广州超威生物科技有限公司 一种评测二氧化氯释放速率的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575433A (en) * 1983-01-31 1986-03-11 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of generating chemiluminescent light
US4634574A (en) * 1983-01-31 1987-01-06 Iowa State Research Foundation, Inc. Apparatus for use in sulfide chemiluminescence detection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575433A (en) * 1983-01-31 1986-03-11 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of generating chemiluminescent light
US4634574A (en) * 1983-01-31 1987-01-06 Iowa State Research Foundation, Inc. Apparatus for use in sulfide chemiluminescence detection

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
崔超: "气体二氧化氯浓度检测研究进展", 《环境与健康杂志》 *
林金明: "《化学发光基础理论与应用》", 31 December 2004 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110243811A (zh) * 2019-04-30 2019-09-17 广州超威生物科技有限公司 一种评测二氧化氯释放速率的方法

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