气体检测比色传感材料优化方案

利用纳米蛛网材料的超高比表面积，开发了基于PA6纳米蛛网纤维的颜色传感膜，并成功应用于甲醛气体的检测。通过浸渍改性方法将甲基黄与硫酸羟胺固定于PA6纳米蛛网表面，当传感膜暴露于含有甲醛气体的环境时，纤维膜上附着的硫酸羟胺与甲醛首先反应生成硫酸，硫酸与甲基黄作用并使甲基黄的颜色从黄色变为红色［35］，且随着甲醛浓度的增加，纤维膜的颜色会逐渐加深。经硫酸羟胺和甲基黄修饰后的PA6纳米蛛网膜基本保持原有形貌，只是由于经过含甲基黄的处理液浸渍，纤维的直径有所增加，如图10-16所示。

图10-17（a）为颜色传感膜对不同浓度甲醛气体响应的紫外—可见光谱图，随着甲醛浓度的增加，550nm波长处的特征峰的强度逐渐减弱，但反射光强度变化值与甲醛浓度呈非线性关系，即随着浓度的增加，反射光强度先线性递减后趋于平稳。通常，人的肉眼对颜色变化的识别分析能力有限，特别是对于单色光强度的变化。因此，为了进一步定量分析传感膜的颜色变化，可以通过将反射光谱转换成RGB值并将实际测试的颜色传感膜与标准颜色做对比，即可获得所检测甲醛的浓度。图10-17（b）为转化的RGB值与甲醛浓度的关系，制备的颜色传感膜的RGB参数分别为194（R），160（G）和53（B），传感膜呈黄色；随着甲醛浓度的增加，参数G和B均减小，而参数R增加，传感膜的颜色逐渐变红。

图10-16　（a）PA6纳米蛛网的SEM图；（b）硫酸羟胺和甲基黄修饰后的PA6纳米蛛网的SEM图

图10-17　（a）PA6纳米蛛网纤维颜色传感膜与不同浓度甲醛气体反应后的光谱图，插图为吸光度与甲醛浓度的关系曲线；（b）传感膜颜色的RGB值与甲醛浓度的关系曲线(www.xing528.com)

纳米蛛网纤维传感膜的优异性能主要归因于蛛网的超细直径使得该材料具有超高的比表面积，从而能够为气体吸附提供更多的活性位点。此外，蛛网结构的存在大幅提高了纤维膜的连通性，利于气体在纤维膜内的扩散，进而提升了传感性能［32］。