有机磷敏感材料的制备及气敏特性研究

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有机磷化合物因其能对生物体内的乙酰胆碱酯酶具有抑制作用,因而被广泛地应用于农业的杀虫剂、杀菌剂和除草剂以及军事领域的有机磷神经毒气。因此,有机磷化合物的识别与检测技术已成为各国科学研究领域的重点。传感器以其灵敏度高、体积小巧便于携带、能耗低等优点,已成为有机磷化合物实时在线检测仪器的发展趋势。敏感材料作为传感器的核心,直接决定着传感器的敏感性、选择性等一些重要性能。因此,本文在研究国内有机磷敏感材料的基础上,以线性聚合物敏感材料,导电聚合物敏感材料以及小分子有机敏感材料为出发点,合成了一系列新型的有机磷敏感材料,对材料进行了结构表征,并将敏感材料分别应用于传感器,对其有机磷敏感性能进行了研究。本文研究的主要内容如下:1.以苯酚及其衍生物、六氟丙酮以及聚甲基氢硅氧烷为原料,经过克莱森反应、有机硅氢化、芳香烃亲电加成反应,合成了一系列以氟化的苯酚及其衍生物为敏感官能团的线性硅氧烷聚合物,包括含酚硅氧烷聚合物,三氟甲基取代酚硅氧烷聚合物,二(三氟甲基)取代苯酚硅氧烷聚合物,六氟异丙醇取代酚硅氧烷聚合物以及三氟异丙醇取代酚硅氧烷聚合物。分别对其进行了结构表征,并将此类硅氧烷聚合物分别应用于石英晶微天平QCM传感器,对其有机磷敏感性能进行研究。结果表明,此类线性硅氧烷聚合物,在10ppm~50ppm浓度范围内,对有机磷化合物DMMP均具有较高的线性相关性,频率响应速度快,灵敏度高,其中二(三氟甲基)取代苯酚硅氧烷聚合物对有机磷化合物DMMP的灵敏度可达27.01Hz/ppm,检测限为0.11ppm。同时此类线性硅氧烷聚合物对有机磷化合物DMMP均表现出优良的选择性能。2.以噻吩及其衍生物为原料,经过化学氧化聚合物反应,得到了2种以噻吩聚合物为主链材料,以羟基为敏感官能团的导电聚合物材料,3,4-二羟乙基噻吩聚合物和二羟基取代噻吩聚合物。分别对其进行了结构表征,并将此类噻吩类聚合物材料分别应用于QCM传感器,对其有机磷敏感性能进行研究。结果表明,此类噻吩聚合物在10ppm~50ppm浓度范围内,对有机磷化合物DMMP均具有较高的线性相关性,频率响应速度快,但是灵敏度均较低。其中,3,4-二羟乙基噻吩聚合物对有机磷的灵敏度为1.33Hz/ppm,检测限为2.25ppm,而二羟基取代噻吩聚合物的灵敏度为2.73Hz/ppm,检测限为1.09ppm。同时,利用叉指电极对噻吩类聚合物材料进行了电导敏感性测试。此外,以苯胺及其衍生物为原料,利用电化学循环伏安合成法,制得了一类以羟基为敏感官能团的苯胺类聚合物材料,苯胺聚合物,邻氨基苯酚聚合物以及邻氨基苯酚-苯胺共聚合物。对材料进行了循环伏安曲线的电化学表征,并将此类苯胺聚合物材料分别应用于QCM传感器,对其进行了有机磷敏感性能测试与研究。3.以芳香族化合物苯、萘及其衍生物以及六氟丙酮等为原料,经过有机硅氢化、芳香烃亲电加成反应,合成了一类以六氟异丙醇为敏感官能团的小分子有机硅材料,六氟异丙醇取代苯萘硅烷,六氟异丙醇取代四苯基硅烷,六氟异丙醇取代六苯基环三硅氧烷以及六氟异丙醇取代八苯基环四硅氧烷。分别对其进行了结构表征,并将此类小分子有机硅材料分别应用于QCM传感器,对其有机磷敏感性能进行研究。结果表明,此类小分子有机硅材料在10ppm~50ppm浓度范围内,对DMMP均表现出较高的线性相关性,其频率响应速度快,灵敏度高。其中,六氟异丙醇取代八苯基环四硅氧烷对有机磷的灵敏度高达19.68Hz/ppm,检测限为0.15ppm。同时,此类小分子有机硅敏感材料对有机磷化合物DMMP均能表现出较为优良的选择性能。是一类具有较大应用前景的新型有机磷敏感材料。
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