[發明專利]一種呼氣末二氧化碳檢測用變色薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201410130254.5
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN104974380A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 張麗葉;林雪楨
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L1/28
• 分類號: C08L1/28;C08K13/02;C08K5/46;C08K5/521;C08K3/22;C09K9/02;G01N21/80
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技術領域

本發明涉及一種檢測呼氣末二氧化碳濃度的變色薄膜及其制備方法，亦可用于檢測混合氣體中二氧化碳的濃度，屬于臨床醫學及環境氣體監測領域。

背景技術

比色法是一個眾所周知的檢測方法，在特定的介質存在下，遇到相應的化學物質，會引起其顏色變化，可用于二氧化碳氣體監測的定性和半定量分析，在多領域內都可應用，如用于大氣二氧化碳分析、臨床化學分析、坑道及密閉環境的衛生檢測等。這種色度變化依賴于反應性染料的顯色特性，這些染料存在至少兩個不同的化學狀態，顯示出兩種不同的顏色狀態。當第一種狀態的反應性染料被暴露于一個給定的物質，它與物質發生可逆的化學反應，從而轉變成染料的第二形式，伴隨化學反應產生的顏色變化是清晰可見的。

在醫療上，對呼吸出的二氧化碳進行監測，在臨床麻醉、心肺腦復蘇、麻醉后恢復室（PACU）、ICU、院前急救等都有重要的應用價值。科學家們指出，患者呼吸中的二氧化碳含量水平的變化能夠清楚表明該患者是否有呼吸困難，是否需要最及時的處理。現行使用的紅外二氧化碳分析儀多半存在著不僅價格昂貴，而且體積大、質量大、不易攜帶等缺點。所以，急救人員需要一種更小、更易攜帶的儀器來在第一時間對患者病情做出判斷。

使用比色指示器對二氧化碳進行檢測，是一個有效的解決方案。此類比色指示器已有部分文獻報道。例如，專利94118585.0中報道的利用氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鈣、乙醇、指示劑耐爾藍A、酚酞、活性氧化鋁制備的二氧化碳指示劑，該指示劑呈顆粒狀且顏色變化對應的二氧化碳濃度不易區分，不利于實際應用。專利CN1411496A報道了一種二氧化碳檢測用油墨組合物，其包含有pH指示劑、粘合劑和溶劑。可容易地目測含有該油墨組合物的指示部由于二氧化碳濃度的改變而經歷的顯色變化，將這種油墨組合物應用于二氧化碳指示器和包裝體時，能夠簡單且容易地發現在封入了含有二氧化碳氣體的置換氣體的氣體置換包裝的氣孔和密封不良的發生。該油墨組合物在較高濃度二氧化碳存在下顯示的顏色變化明顯，而在二氧化碳濃度小于5%時的顏色變化幅度不明顯，不適于監測呼氣末二氧化碳濃度。

因此，有必要在現有技術中開發新的比色指示器，使之能有效快速地監測呼氣末二氧化碳濃度。本發明旨在提供一種在二氧化碳濃度小于5%情況下有明顯顏色變化梯度且響應時間快速，穩定性強的變色薄膜。

發明內容

本發明的目的在于制備一種變色薄膜，使其能夠檢測呼氣末二氧化碳氣體的濃度。人體正常情況下呼出的氣體中二氧化碳的濃度在5%左右，而呼吸微弱患者呼出的二氧化碳其濃度大都不大于2%，故本發明旨在制備在二氧化碳濃度為2%和5%的情況下能快速發生顏色變化且顏色容易區分的變色薄膜。

本發明提供了一種由pH指示劑、堿性物質、聚合物、增塑劑、白色顏料及溶劑制成的呼氣末二氧化碳檢測用變色薄膜。

本發明的變色薄膜理論上可以使用任何pH指示劑，只要該指示劑在二氧化碳的影響下或者由堿性物質的濃度變化導致的pH波動能改變其色調就行，例如甲酚紅、苯酚紅、間甲酚紫。本發明優選的指示劑染料是間甲酚紫，其含量為0.05-1.25%（溶質質量/溶劑體積），因為它的顯色反應的變化是從藍色變為黃色，是肉眼清晰可辨的。

本發明中的聚合物優選是乙基纖維素，其含量為5-10%（溶質質量/溶劑體積），是用于形成薄膜的主體材料。乙基纖維素本身形成的薄膜是透明無色的，不會干擾到指示劑染料的顯色變化。

本發明中的增塑劑優選是磷酸三丁酯，含量為15-25%（體積比）。增塑劑的加入能有效的提高薄膜的響應及恢復時間，本發明中變色薄膜在5s左右就能有明顯的顏色變化。

本發明中的堿性物質優選是四丁基氫氧化銨，含量為12.5-25%（體積比）。四丁基氫氧化銨具有和氫氧化鈉一樣的強堿性，起到調節薄膜pH的作用，從而引起pH指示劑染料的顏色變化。

本發明中所選的溶劑為無水乙醇。乙基纖維素易溶于有機溶劑，不溶于水，最常用的是混合溶劑，如甲苯乙醇混合溶劑、乙苯乙醇混合溶劑。甲苯、乙苯多為有毒溶劑，故本發明選用的溶劑是無水乙醇，或無水乙醇與少量的水的混合物。

本發明中由pH指示劑、堿性物質、聚合物、增塑劑及溶劑制備得到的薄膜初始在空氣中呈寶藍色透明狀態。通入含2.5%濃度二氧化碳的氣體，薄膜變成藍灰色；通入含5%濃度二氧化碳的氣體，薄膜變成淡黃色；通入含10%以上二氧化碳的氣體，薄膜徹底變成黃色。?