一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可视化传感器领域，尤其涉及一种用于检测氢氟酸(即HF酸)浓度的高衍射强度可视化传感器。
【背景技术】
[0002]HF酸是一种具有强腐蚀性的无机酸，对衣物、皮肤、眼睛、呼吸道、消化道粘膜均有强烈的刺激性和腐蚀性。HF酸中的氟离子进入血液后，会与血液中的钙离子、镁离子结合，生成难溶于水的氟化钙和氟化镁，如果氟化钙或氟化镁达到一定数量，那么会堵塞血管;如果高浓度的HF酸与皮肤接触，那么会引起严重的皮肤和深部组织损害(例如:全身性低血钙、氟中毒、局部组织坏死、骨脱钙、呼吸困难等)，甚至会导致死亡，因此对HF酸的浓度进行快速、灵敏、准确地测定对人体健康具有重大意义。
[0003]目前，对HF酸浓度进行检测的方法主要有氟离子选择电极法、核磁共振法、氟试剂分光光度法、流动注射光度法、气相色谱法、离子色谱法等，但这些检测方法不仅需要昂贵的设备，而且分析过程较为复杂，需要经过专业培训的人员才能进行仪器操作和分析，此外这些检测方法还无法实现对HF酸浓度的实时在线检测，因此如何简单、经济、快速、实时地对HF酸浓度进行检测成为亟待解决的难题。
[0004]近年来，胶体晶体/智能水凝胶复合传感器是传感器研发的新型热门领域。胶体晶体是由次微米或者微米尺寸的胶体球(次微米或者微米尺寸的胶体球通常称为胶体微球)自组装而成的有序结构。水凝胶是一种含有大量溶剂的亲水性高分子三维网络，它在水中溶胀但不溶解。根据水凝胶对外界刺激响应情况的不同，水凝胶可分为普通水凝胶和智能水凝胶;普通水凝胶的溶胀率不随外界条件的变化而变化；智能水凝胶能感知外界环境细微的物理变化或化学变化(例如:pH值、温度、压力、电场、磁场、离子强度、紫外光、可见光、特异化学物质等的变化)，并通过体积的溶胀或收缩来响应这些外界刺激，因此也称为环境敏感型水凝胶。将胶体晶体与智能水凝胶复合后，当智能水凝胶感知到外界物质刺激时，智能水凝胶感的体积会迅速膨胀或收缩，这会使胶体晶体的胶体微球间距发生改变，而胶体晶体的光学性质(或颜色)会随着胶体微球间距的变化而呈现相应的变化，从而就可以形成胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器;如果将胶体晶体呈现相应变化的衍射光波调制到可见光区，那么该传感器对外界刺激的变化，就可以直接通过宏观颜色的改变呈现出来，从而就可以形成可视化传感器。但在现有技术中，由于胶体晶体的胶体微球反射率很低，因此胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器对可见光的衍射强度也非常低，只有借助铝镜、金镜、银镜等高反射镜，才能获得相应的光学响应表征，这使得胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器在实际应用方面受到很大的局限。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，采用以下步骤制备而成:
[0008]步骤A、制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为1?40nm的金膜；
[0009]步骤B、对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理，以去除单层胶体晶体阵列，从而制得二维金纳米阵列；
[0010]步骤C、将氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入所述的二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10?30min的光聚合处理，再经过剥离、水洗后，从而制得二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料;将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料直接作为用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器。
[0011]优选地，所述氢氟酸敏感性水凝胶的反应液采用以下方法制备而成:
[0012]步骤Cl、按照第一组分:二甲基亚砜=0.30?0.33g:1mL的比例，将第一组分溶于二甲基亚砜中，从而制得光引发剂溶液;其中，第一组分为2-羟基-2-甲基-l-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮；
[0013]步骤C2、按照丙烯酰胺:水:3_丙烯酰胺基苯硼酸:二甲基亚砜:N，N_亚甲基双丙烯酰胺:光引发剂溶液= 0.35?0.40g:2mL: 0.05?0.1g:200?210yL:0.008?0.0lOg: 35?40yL的比例，将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤Cl制得的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。
[0014]优选地，所述的将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N_亚甲基双丙烯酰胺与步骤Cl制得的光引发剂溶液混合包括:将丙烯酰胺溶于水中，从而制得丙烯酰胺水溶液;将3-丙烯酰胺基苯硼酸溶于二甲基亚砜中，从而制得第一反应液;将所述的丙烯酰胺水溶液与所述的第一反应液混合，并搅拌均匀，从而制得第二反应液;将所述的第二反应液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及步骤Cl制得的光引发剂溶液混合。
[0015]优选地，所述的制备单层胶体晶体阵列包括:在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列，并将该玻璃基底连同单层胶体晶体阵列一起倾斜浸入水中；所述的单层胶体晶体阵列脱离玻璃基底，并漂浮在水面上;再采用耐热基底将漂浮在水面上的单层胶体晶体阵列捞起，从而制得耐热基底上的单层胶体晶体阵列。
[0016]优选地，所述的在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列包括以下步骤:
[0017]步骤Al、将玻璃基底依次放入丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的玻璃基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10?40min，从而获得表面亲水的玻璃基底；
[0018]步骤A2、将步骤Al处理后的玻璃基底放入胶体微球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述玻璃基底上合成单层胶体晶体阵列。
[0019]优选地，所述的胶体微球乙醇稀释液采用以下方法制备而成:取胶体微球直径为350?100nm的胶体微球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10?30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的胶体微球乙醇稀释液。
[0020]优选地，所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
[0021]优选地，所述的对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理包括:将上述沉积有金膜的模板放入管式炉中，并在900°C空气气氛下加热退火2小时，基质上的单层胶体晶体阵列受热分解，而基质上的金膜会熔化、融合、原位凝固，从而形成周期性的二维金纳米阵列。
[0022]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器采用了将二维金纳米阵列与智能水凝胶复合的形式，由于金对光谱具有良好的敏感性和较高的衍射强度，因此本发明所提供的可视化传感器对光谱也具有良好的敏感性和较高的衍射强度，从而可以在不借助高反射镜的条件下获得强烈的衍射信号。同时，本发明所提供的可视化传感器采用了对HF酸敏感的3-丙烯酰胺基苯硼酸来制备智能水凝胶，从而可以使制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料对HF酸具有良好的敏感性；当将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料作为可视化传感器对HF酸浓度进行检测时，其智能