一种对β-萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种对β-萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器及其使用方法。所述传感器包括叉指电极，所述电极一端的两侧分别焊接铜线，与压电石英晶体和频率计数器相连接。构建所述传感器的方法为：在叉指电极一端的两侧分别焊接铜线，经表面处理以及磺胺甲异噁唑浸泡晾干后，置于位于反应腔内的试管底部，再将其与压电石英晶体和频率计数器连接。使用所述传感器检测的步骤为：加入含有亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，反应后加入不同浓度的β-萘酚标准溶液，绘制工作曲线，获得线性回归方程；取萘酚污染的水样重复上述检测步骤，并根据标准品线性回归方程计算获得待测污染水样中β-萘酚的浓度。该方法具有准确性高、灵敏度好和操作简单的特点。
【专利说明】一种对β-萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器及其使用方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种检测β_萘酚异构体的方法，尤其涉及一种使用压电传感器检测β_萘酚异构体的方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]随着工业化时代的到来，人类在生产和生活中释放分奥环境中的化学物质越来越多，这些物质对全球动植物的繁衍和生存，尤其是人类的健康构成了潜在危胁。含羟基的酚类化合物是一种重要的工业原料，在工业生产过程中大量的含酚废水的排放造成了严重的环境污染。酚类化合物具有致癌、致畸和致突变的潜在毒性，其主要在水体和土壤中富集，在环境污染中具有低剂量、长时间的特点，常规的处理工艺不能有效去除。萘分子中有两种不同的氢，萘环上的一个氢原子被羟基取代，能产生两种同分异构体，即a-萘酚和β-萘酚，分子式为C10H70H。其中a-萘酚是一种常见的精细化工中间体，主要用于有机合成和染料工程，是农药、染料、医药等方面的重要中间体，具有很强的潜在毒性，对皮肤、眼睛、血液和肾脏都有较强的刺激性和毒害作用。β-萘酚也是重要的有机化工原料和染料中间体，本身可广泛用于染料、有机颜料、橡胶助剂、医药、香料等的合成，可进一步深加工得到一系列重要的萘系中间体，可用于制备吐氏酸、丁酸、2 —萘酚3 —甲酸，也可用于制备有机颜料、杀菌剂等，近年·来其下游产品广泛用于感光材料及液晶材料的生产。我国是世界上萘酚主要生产和出口国家，国内众多工厂生产过程中产生各类萘酚废水，且含β -萘酚的废水具有毒性大，难以生化降解、酸碱性强的特点。
[0005]目前关于a-萘酚和β_萘酚的测定方法主要包括:紫外可见分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、电化学方法、毛细管电泳法、荧光光度法、磷光光度法和免疫分析法。但由于a-萘酚和β_萘酚为同分异构体，其性质相近，二者往往同时共存，互相干扰，使得应用上述方法分离需要很长的时间。因此，建立萘酚同分异构体的检测体系对控制环境污染具有重要的意义。而上述检测方法只能对a-萘酚和萘酚中之一进行检测，无法实现对a-萘酚和萘酚选择性识别检测。
[0006]压电传感器是20世纪60年代建立起来的一种新型测量技术，其检测的理论基础是固定在净体表面的沉积物于晶体频率变化存在一定的比例关系。针对现有技术中难以对a_萘酚和β_萘酚异构体进行区分的技术问题，我们利用β_萘酚能与重氮盐发生反应生成橙红色沉淀而a -萘酚与重氮盐反应仅生成橙黄色溶液的特点，基于压电检测技术，构建能用于β -萘酚异构体识别的压电生物传感器，并提供基于该传感器的检测方法。
[0007]因此，本发明旨在提供一种可以对β -萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器以及应用该传感器进行检测的方法。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种可以对β -萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器，其能够实现对β_萘酚异构体的识别性检测。
[0009]所述传感器包括:叉指电极，所述电极一端的两侧分别焊接铜线，与压电石英晶体和频率计数器相连接。
[0010]所述传感器的构建方法为:选用蚀刻技术制作的叉指电极，在其一端的两侧分别焊接铜线，并用AB胶封闭，然后在丙酮溶液中超声5 min，接着用异丙酮和无水乙醇各浸洗5 min，去离子水中浸泡5min后，氮气吹干备用。将该干燥的电极置于含有磺胺甲异噁唑(SMZ)的溶液中，浸泡24h，取出电极后晾干备用。将处理后的电极放于试管底部，试管插入反应腔内，然后将该电极与压电石英晶体串联，并通过与其相连接的频率计数器来采集振荡频率。当有沉淀在传感器表面沉积时，传感器的频率发生改变，该频移值标记为Af。
[0011]其中，所述叉指电极的规格为:电极由20对叉指组成，叉指间距为18μπι，电极基底为玻璃，尺寸为5X 7mm，中间层为Ti，厚度为15nm，最外层则为Au，厚度为190nm。
[0012]其中，所述石英晶体为振荡频率为9MH/z，AT切压电石英晶体。
[0013]其中,浸泡电极所使用的SMZ溶液的浓度为8g/L。
[0014]其中，所述频移值Af的计算公式为:Af = f - A，式中f为沉淀沉积在传感器表面后的共振频率，f0为传感器的初始频率。
[0015]更进一步的是，提供一种使用压电传感器对β -萘酚异构体进行识别性检测的方法，其步骤为:(I)加入含有亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，反应10分钟后加入碱性溶液中止；(2)然后加入具有不同浓度的β -萘酚标准溶液，充分反应，直至产生橙红色沉淀，并记录其频移值Λ f，绘制工作曲线，获得线性回归方程；(3)取萘酚污染的水样重复上述检测步骤，获得相应的频移值，以此确定水样中β_萘酚的存在与否，并根据标准品线性回归方程计算获得待测污染水样中β-萘酚的浓度。
[0016]其中，所述检测步骤中使用的含有亚硝酸钠的强酸溶液中亚硝酸钠溶液的浓度为100mg/L。
[0017]其中，所述检测步骤中加入的碱性溶液为氢氧化钠，浓度为0.25mol/L。
[0018]其中，所述重氮化反应在冰浴条件下进行，该冰浴条件可由反应试管所处的反应腔提供。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为构建的压电传感器装置，其中I为IC-TTL振荡电路，II为频率计，III为计算机；I为压电石英晶体，2为反应腔室，3为叉指电极，4为试管。
[0020]图2为压电传感器的频率响应曲线图，其中A样品为萘酚，B样品为a-萘酚，C样品为水。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。[0022]本发明提供一种可以对β -萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器，其能够实现对β_萘酚异构体的识别性检测。
[0023]所述传感器的构建方法为:选用蚀刻技术制作的叉指电极，在其一端的两侧分别焊接铜线，并用AB胶封闭，然后在丙酮溶液中超声5 min，接着用异丙酮和无水乙醇各浸洗5 min，去离子水中浸泡5min后，氮气吹干备用。将该干燥的电极置于含有磺胺甲异噁唑(SMZ)的溶液中，浸泡24h，取出电极后晾干备用。将处理后的电极放于试管底部，试管插入反应腔内，然后将该电极与压电石英晶体串联，并通过与其相连接的频率计数器来采集振荡频率。当有沉淀在传感器表面沉积时，传感器的频率发生改变，该频移值标记为Af。
[0024]其中，所述叉指电极的规格为:电极由20对叉指组成，叉指间距为18μπι，电极基底为玻璃，尺寸为5X 7mm，中间层为Ti，厚度为15nm，最外层则为Au，厚度为190nm。
[0025]其中，所述石英晶体为振荡频率为9MH/z，AT切压电石英晶体。
[0026]其中，浸泡电极所使用的SMZ溶液的浓度为8g/L。
[0027]其中，所述频移值Af的计算公式为:Af = f - &，式中f为沉淀沉积在传感器表面后的共振频率，f0为传感器的初始频率。
[0028]更进一步的是，提供一种使用压电传感器对β -萘酚异构体进行识别性检测的方法，其步骤为:(I)加入含有亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，反应10分钟后加入碱性溶液中止；(2)然后加入具有不同浓度的β -萘酚标准溶液，充分反应，直至产生橙红色沉淀，并记录其频移值Λ f，绘制工作曲线，获得线性回归方程；(3)取萘酚污染的水样重复上述检测步骤，获得相应的频移值，以此确定水样中β_萘酚的存在与否，并根据标准品线性回归方程计算获得待测污染水样中β-萘酚的浓度。
[0029]其中，所述检测步骤中使用的含有亚硝酸钠的强酸溶液中亚硝酸钠溶液的浓度为100mg/L。
[0030]其中，所述检测步骤中加入的碱性溶液为氢氧化钠，浓度为0.25mol/L。
[0031]其中，所述重氮化反应在冰浴条件下进行，该冰浴条件可由反应试管所处的反应
腔提供。
[0032]实施例1:压电传感器的构建
选用蚀刻技术制作的叉指电极，其规格为:电极由20对叉指组成，叉指间距为18μπι，电极基底为玻璃，尺寸为5X 7mm，中间层为Ti，厚度为15nm，最外层则为Au，厚度为190nm。在电极一端的两侧分别焊接铜线，并用AB胶封闭，然后在丙酮溶液中超声5 min，接着用异丙酮和无水乙醇各浸洗5 min，去离子水中浸泡5min后，氮气吹干备用。将该干燥的电极置于浓度为8g/L磺胺甲异噁唑(SMZ)的溶液中，浸泡24h，取出电极后晾干备用。将处理后的电极放于试管底部，试管插入反应腔内，然后将该电极与压电石英晶体(振荡频率为9MH/z, AT切压电石英晶体)串联，并通过与其相连接的频率计数器来采集振荡频率。当有沉淀在传感器表面沉积时，传感器的频率发生改变，该频移值标记为Af，其计算公式为:Af =f - 4，式中f为沉淀沉积在传感器表面后的共振频率，fo为传感器的初始频率。
[0033]实施例2:绘制频率响应曲线
在试管中加入浓度为100mg/L的亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，冰浴反应10分钟后加入0.25mol/L NaOH溶液中止；然后分别加入50 μ I β-萘酚溶液、50 μ I a -萘酚溶液和50 μ I水，充分反应，IOmin后记录传感器的共振频率。图2中列出了根据所检测的共振频率绘制的频率响应曲线，最大振幅对应的频率即为传感器的共振频率。其中A样品为β-萘酚，B样品为a-萘酚，C样品为水，从图中可以看出加入β -萘酚后传感器的共振频率明显低于a -萘酚和水的共振频率，提示我们在一定条件下可实现对β_萘酚异构体的识别性检测。
[0034]实施例3:对β -萘酚异构体的识别性检测
利用本发明构建的压电传感器对萘酚污染水样进行检测，具体步骤为:(1)加入浓度为100mg/L的亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，冰浴反应10分钟后加入0.25mol/L NaOH溶液中止；(2)然后加入具有不同浓度的β -萘酚标准溶液，充分反应，直至产生橙红色沉淀，并记录其频移值绘制工作曲线，获得线性回归方程；
(3)取萘酚污染的水样重复上述检测步骤，获得相应的频移值Af，以此确定水样中β-萘酚的存在与否，并根据标准品线性回归方程计算获得待测污染水样中β_萘酚的浓度。同时应用HPLC对上述水样进行检测，将结果进行比较。
[0035]表1:水样检测结果对照表
【权利要求】
1.一种可以对β-萘酚异构体进行识别性检测的压电传感器，所述传感器包括:叉指电极，所述电极一端的两侧分别焊接铜线，与压电石英晶体和频率计数器相连接。
2.如权利要求1所述的压电传感器，其特征在于:所述叉指电极的规格为电极由20对叉指组成，叉指间距为18 μ m,电极基底为玻璃，尺寸为5 X 7mm，中间层为Ti，厚度为15nm，最外层则为Au，厚度为190nm。
3.如权利要求1-2所述的压电传感器，其特征在于:所述叉指电极经过浓度为8g/L的磺胺甲异噁唑溶液的浸泡处理。
4.如权利要求1-3之一所述的压电传感器，其特征在于:所述压电石英晶体为振荡频率为9MH/z, AT切压电石英晶体。
5.如权利要求1-4所述的压电传感器的构建方法，其具体步骤为:选用蚀刻技术制作的叉指电极，在其一端的两侧分别焊接铜线，并用AB胶封闭，然后在丙酮溶液中超声5min,接着用异丙酮和无水乙醇各浸洗5 min,去离子水中浸泡5min后,氮气吹干备用；将该干燥的电极置于浓度为8g/L的磺胺甲异噁唑(SMZ)溶液中，浸泡24h，取出电极后晾干备用；将处理后的电极放于试管底部，试管插入反应腔内，然后将该电极与压电石英晶体串联，并通过与其相连接的频率计数器来采集振荡频率；当有沉淀在传感器表面沉积时，传感器的频率发生改变，该频移值标记为Af，其计算公式为:Af = f - ，式中f为沉淀沉积在传感器表面后的共振频率，f0为传感器的初始频率。
6.如权利要求5所述的压电传感器的构建方法，其特征在于:所述叉指电极的规格为:电极由20对叉指组成，叉指间距为18 μ m,电极基底为玻璃，尺寸为5 X 7mm，中间层为Ti，厚度为15nm，最外层则为Au，厚度为190nm，所述石英晶体为振荡频率为9MH/z，AT切压电石英晶体。
7.一种使用权利要求1-4所述的压电传感器对β_萘酚异构体进行识别性检测的方法，其具体步骤为:(I)加入含有亚硝酸钠的强酸溶液，使其与电极表面的SMZ发生重氮化反应，反应10分钟后加入碱性溶液中止；(2)然后加入具有不同浓度的β -萘酹标准溶液，充分反应，直至产生橙红色沉淀，并记录其频移值绘制工作曲线，获得线性回归方程；(3)取萘酚污染的水样重复上述检测步骤，获得相应的频移值Af，以此确定水样中β-萘酚的存在与否，并根据标准品线性回归方程计算获得待测污染水样中β -萘酚的浓度。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于:所述步骤(I)中使用的含有亚硝酸钠的强酸溶液中亚硝酸钠的浓度为100mg/L。
9.如权利要求7-8所述的检测方法，其特征在于:所述步骤(I)中加入的碱性溶液为氢氧化钠，浓度为0.25mol/Lo
10.如权利要求7-9所述的检测方法，其特征在于:所述步骤(I)中重氮化反应在冰浴条件下进行，该冰浴条件可由反应试管所处的反应腔提供。
【文档编号】G01N29/036GK103439406SQ201310416045
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】段希娥, 李克勤 申请人:山东省化工研究院