CN1645116A - 一种评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器 - Google Patents
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Abstract
一种评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，属于纳米传感器技术领域。本发明所述的评估无机纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器包括工作电极、对电极、参比电极、紫外灯、进口管、出口管、石英窗、上盖板、下盖板及聚四氟乙烯膜，将上盖板、聚四氟乙烯膜和下盖板连成一体，聚四氟乙烯膜中部有一长条状缺口形成检测池，这样构成的电化学传感器结构简易、工艺简单，评估成本低廉，又能快速有效地评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，属于纳米传感器技术领域。
背景技术
纳米氧化物粉体材料因其具有独特的物理、化学性质，已经得到了广泛研究与初步应用。二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等纳米粒子对200nm-400nm波段的紫外线具有强烈的吸收作用，已经被添加到防晒品、涂料和纺织物中，用以屏蔽紫外线，防止紫外线对人体的损伤，延缓涂料老化。在选择使用纳米屏蔽剂之前，首先必须快速、经济、有效地对其紫外屏蔽性能进行评估。中国发明专利申请“纳米粉体材料紫外屏蔽性能评估方法”(中国专利，专利申请号03114952.9)和“一种评估无机纳米氧化物粉体紫外屏蔽性能的方法”(中国专利，专利申请号200410052747.8)都公开了评估无机纳米材料的紫外屏蔽性能的方法。但是以上两项专利仅仅公开了无机纳米材料的紫外屏蔽性能的评估方法，而未对无机纳米材料的紫外屏蔽性能评估用的传感器进行说明。而且以上两项专利公开的评估方法还共同存在着样品消耗量大、操作繁琐的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简易、工艺简单，评估成本低廉又十分有效地评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器。
本发明所述的评估无机纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器包括工作电极、对电极、参比电极、紫外灯、进口管、出口管、石英窗、上盖板、下盖板及聚四氟乙烯膜，其中进口管和出口管分别置于上盖板的两侧，参比电极置于出口管之内，上盖板中央镶嵌有石英窗，紫外灯置于石英窗之内，聚四氟乙烯膜置于上盖板与下盖板的中间，且中部有一长条状缺口形成检测池，工作电极和对电极安装在下盖板下方，工作电极为修饰了纳米TiO2的钛电极，且工作电极置于石英窗下方，参比电极为饱和甘汞电极或者Ag/AgCl电极，将上盖板、聚四氟乙烯膜和下盖板进行固定，使它们连成一体。
本发明提供的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，其对电极可以为各种适用于做电极的金属电极，优选钛电极，
上盖板和下盖板的材料需要满足对于需检测的纳米氧化物粉体材料样品分散体系具有抗腐蚀性，本发明优选聚四氟乙烯板。另外，上盖板、聚四氟乙烯膜和下盖板需进行固定，本发明优选螺钉或者铆钉进行固定，使上盖板、聚四氟乙烯膜和下盖板连成一体。
本发明所述的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器通过微管道与传感器外部的流动注射仪的进样器连接，工作电极、对电极和参比电极连接电分析仪。因为流动注射仪的进样器和电分析仪均为常规仪器，故本发明中不进行详细论述。本发明所述的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器的工作原理为：工作电极上修饰的纳米TiO2在紫外光的照射下会产生光生电子和空穴，光生电子和空穴在外加电场的作用下向相反方向迁移，形成光电流，当体系一定时，光电流的大小取决于紫外光的强弱，紫外光强，光电流大；紫外光弱，光电流小。打开溶液进口管和出口管，载液以一定流速流经检测池，启动与工作电极、对电极和参比电极连接的电分析仪，记录本底信号。打开紫外灯，检测到光电流信号，注射入待评估的纳米氧化物粉体材料-Na2SO4-水分散体系时，部分紫外光被屏蔽，光强减弱，TiO2价带中的电子被激发的概率减小，光电流减小。所以就可以通过光电流的变化反映透射光强度的变化，从而实现对纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估。
本发明具有如下优点和效果：
1、由于本发明的紫外屏蔽性能的评估是在纳米氧化物粉体对紫外光的屏蔽过程中实现的，因此这种评估方法比测吸光度值的方法更加合理，为纳米氧化物粉体材料在紫外防护产业中的应用提供了直接筛选的手段。
2、由于本发明使用的工作电极是直接通过阳极氧化法制得的，方法简单，工艺要求低，制造成本低廉，操作方便，保证了本发明的普及推广。
3、由于本发明采用了薄层检测池，因此检测时所需样品量少。
4、由于本发明的工作原理是光电流的大小随紫外光强弱的变化而改变，因此灵敏度和稳定性得到提高，可直接对不同纳米氧化物粉体的紫外屏蔽性能作出评估。
5、本发明与基于吸光度值的评估方法相比，由于无需制备大量样品并且能保证待测粉体悬浊液能长时间稳定，因此能快速的评估无机纳米氧化物粉体材料的紫外屏蔽性能，速度快，分析成本低。
附图说明
图1是评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器的正视图
图2是评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器的分拆图
其中各构件分别为：工作电极1、对电极2、参比电极3、紫外灯4、进口管5、出口管6、石英窗7、上盖板8、下盖板9及聚四氟乙烯膜10。
具体实施方式
下面结合说明书附图详细论述本发明提供的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器的工作过程：
化学传感器包括工作电极1、对电极2、参比电极3、紫外灯4、进口管5、出口管6、石英窗7、上盖板8、下盖板9及聚四氟乙烯膜10组成，其中进口管5和出口管6分别置于上盖板8的两侧，参比电极置于出口管6之内，上盖板8中央镶嵌有石英窗7，紫外灯4置于石英窗7之内，聚四氟乙烯膜10置于上盖板8与下盖板9的中间，且中部有一长条状缺口形成检测池，工作电极1和对电极2安装在下盖板9下方，工作电极1为修饰了纳米TiO2的钛电极，且工作电极1置于石英窗7下方，参比电极3为饱和甘汞电极或者Ag/AgCl电极，将上盖板8、聚四氟乙烯膜10和下盖板9进行固定，使它们连成一体。
通过微管道，将纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器的进口管5与传感器外部的流动注射仪的进样器连接，将出口管6与废液池相连。工作电极1、对电极2和参比电极3与电分析仪连接。打开溶液进口管5和出口管6，载液以一定流速流经检测池，启动与工作电极1、对电极2和参比电极3连接的电分析仪，记录本底信号。待本底信号稳定后，打开紫外灯4，此时，传感器的核心部分钛工作电极上1修饰的纳米TiO2在紫外光的照射下会产生光生电子和空穴，光生电子和空穴在外加电场的作用下向相反方向迁移，产生光电流信号，光电流能较快地达到稳定。再吸取一定量的纳米氧化物-Na2SO4-水分散体系注射入进样器进样，待纳米氧化物-Na2SO4-水分散体系流经检测池时，该体系就会将紫外光在未到达工作电极1端面之前屏蔽掉一部分，紫外光强迅速减弱。由于体系一定时，光电流的大小取决于紫外光的强弱，紫外光强，光电流大；紫外光弱，光电流小，所以紫外光强的迅速减弱势必引起光电流的迅速减小。一定量的纳米氧化物-Na2SO4-水分散体系随着载液流出检测池时，紫外光又以原先的光强照射到工作电极1端面，光电流又快速增大至原来的大小。光电流的迅速减小，继而又迅速增大在信号记录上就表现为一定高度的光电流变化峰。据此，就可以实现不同纳米氧化物材料紫外屏蔽性能的评估：峰越高，屏蔽能力越好。
Claims (4)
1、一种评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，其特征在于：包括工作电极(1)、对电极(2)、参比电极(3)、紫外灯(4)、进口管(5)、出口管(6)、石英窗(7)、上盖板(8)、下盖板(9)及聚四氟乙烯膜(10)组成，其中进口管(5)和出口管(6)分别置于上盖板(8)的两侧，参比电极(3)置于出口管(6)内，上盖板(8)中央镶嵌有石英窗(7)，紫外灯(4)置于石英窗(7)之内，聚四氟乙烯膜(10)置于上盖板(8)与下盖板(9)的中间，且中部有一缺口形成检测池，工作电极(1)和对电极(2)安装在下盖板(8)下方，工作电极(1)为修饰了纳米TiO2的钛电极，且工作电极(1)置于石英窗(7)下方，对电极(2)为抗腐蚀金属电极，参比电极(3)为饱和甘汞电极或者Ag/AgCl电极，上盖板(8)和下盖板(9)为耐腐蚀材料，上盖板(8)、聚四氟乙烯膜(10)和下盖板(9)需要固定，使它们连成一体。
2、如权利要求1所述的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，其特征在于：对电极(2)是钛电极。
3、如权利要求1所述的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，其特征在于：上盖板(8)和下盖板(9)为聚四氟乙烯板。
4、如权利要求1或者2所述的评估纳米氧化物粉体材料紫外屏蔽性能的电化学传感器，其特征在于：上盖板(8)、聚四氟乙烯膜(10)和下盖板(9)三者之间通过螺钉或者铆钉进行固定。
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2005
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