空芯光纤重金属传感器的制备方法
【专利摘要】本发明涉及低浓度重金属离子检测技术领域，特别涉及一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤：(A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(C)选择合适的功能单体和荧光素分子进行偶合；(D)将步骤C中形成的带有荧光素分子的功能单体通过步骤B中的氨基固结在空心光纤的内壁表面。该制备方法能够方便的加工出方便检测重金属的光纤传感器，该系统能够精准地、稳定地对重金属进行在线监测。
【专利说明】
空芯光纤重金属传感器的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及低浓度重金属离子检测技术领域，特别涉及一种空芯光纤重金属传感器的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化与工业化的发展，由于重金属具有不易代谢、生物富集作用及高毒性的特点，水环境重金属的污染问题越来越受到人们的关注。而如何准确、快速地检测环境中的重金属是亟待解决的问题。近年来环境中重金属的在线监测和农产品中重金属的现场检测技术研究虽然取得了一些进展，但是由于环境中的重金属的含量相对非常低，检测起来难度较大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，提高光纤传感器对重金属的检测精度。
[0004]为实现以上目的，本发明采用的第一个技术方案为:一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤:(A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(C)选择合适的功能单体和荧光素分子进行偶合；
(D)将步骤C中形成的带有荧光素分子的功能单体通过步骤B中的氨基固结在空心光纤的内壁表面。
[0005]为实现以上目的，本发明采用的第二个技术方案为:一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤:(A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(C)选择合适的功能单体对空心光纤内壁表面进行修饰，功能单体的一端通过氨基固结在空心光纤的内壁表面；(D)荧光素分子通过功能单体组装到空心光纤内壁表面。
[0006]与现有技术相比，本发明存在以下技术效果:通过选择空心光纤，在光纤的内壁上组合上荧光素分子，荧光素分子能够和待检测的重金属发生反应从而产生荧光，由于是在光纤内产生的荧光，这样荧光就能通过光纤传输出来被荧光光谱仪所采集，该传感器结构简单、制备起来非常的方便。
【附图说明】
[0007]图1是在空心光纤内介孔表面修饰荧光素的示意图；
[0008]图2是在空心光纤内壁加工介孔结构的示意图；
[0009]图3是光纤传感器检测汞离子的原理图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合图1至图3，对本发明做进一步详细叙述。
[0011]参阅图1，一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤:(A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(C)选择合适的功能单体和荧光素分子进行偶合；(D)将步骤C中形成的带有荧光素分子的功能单体通过步骤B中的氨基固结在空心光纤的内壁表面。该制备方法为实施例一，在实施例一中，功能单体和焚光素分子先偶合在一起，然后再一起结合在空心光纤的内壁表面，是图1中①箭头所示的方法，这样做可以保证功能单体和荧光素分子的充分结合。
[0012]当然，还可以通过另一种方式进行荧光素分子的结合，实施例二如图1中的②箭头所示的方法，包括如下步骤:(A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(C)选择合适的功能单体对空心光纤内壁表面进行修饰，功能单体的一端通过氨基固结在空心光纤的内壁表面；(D)荧光素分子通过功能单体组装到空心光纤内壁表面。该步骤中，先将功能单体结合到空心光纤上，然后再结合荧光分子，这样做可以让提高功能单体和空心光纤的结合效果。
[0013]实施例一和实施例二中，通过选择空心光纤，在光纤的内壁上组合上荧光素分子，荧光素分子能够和待检测的重金属发生反应从而产生荧光，由于是在光纤内产生的荧光，这样荧光就能通过光纤传输出来被荧光光谱仪所采集，该传感器结构简单、制备起来非常的方便。根据待检测重金属的不同，选择能与重金属发生反应的荧光素分子，再根据该荧光素分子选择合适的功能单体。以重金属汞为例，功能单体可以选择乙二醛，乙二醛的通过氨基固结在光纤表面，另一端悬置的醛基可以与冠醚类对汞敏感的荧光素分子的氨基键合；当然，可以使用其他的功能单体，如丙烯酰胺、异硫氰酸进行表面修饰从而对不同结构的荧光素分子进行组装，从而对汞离子检测方法进行优化。图3所示的重金属汞离子与荧光素分子发生反应的示意图。
[0014]参阅图2，空心光纤能够组合到的荧光素分子个数与空心光纤的内壁表面积有关，表面积越大，能组合到的荧光素分子越多，荧光素分子越多，参与反应的重金属越多，产生的荧光越强，更利于荧光光谱仪进行分析。不论是实施例一还是实施例二，都可以在所述的步骤A之前还包括如下步骤在空心光纤的内壁上形成介孔结构:(SI)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基；(S2)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化；(S3)在空心光纤中加入聚苯乙烯小球，聚苯乙烯小球在与氨基之间的键合作用以及相互之间的静电力作用下进行自组装；(S4)加入S12溶胶循环流动使得S12仅在聚苯乙烯小球的空隙中形成凝胶，然后去除多余的S12溶胶；(S5)加热一定时间或者采用有机溶剂洗脱的方式去除聚苯乙烯小球从而在空心光纤的内壁上形成介孔结构;所述的步骤A?步骤D，空心光纤内壁表面替换成空心光纤内壁介孔结构的表面。通过在空心光纤的内壁上形成介孔结构，从而大幅增加空心光纤内的表面积，从而能够结合更多的荧光素分子。这里通过先将聚苯乙烯小球结合在空心光纤内壁上，然后在小球的间隙中填充S12溶胶，最后固化S12并除去聚苯乙烯小球，聚苯乙烯小球原来的位置就成了空位，形成介孔，使用该方法形成介孔非常的方便，并且，可以选择不同尺寸的聚苯乙烯小球来形成所需要大小的介孔结构。
[0015]优选地，所述的步骤S3中，通过调节聚苯乙烯小球的浓度实现聚苯乙烯小球的单层或者逐层自组装从而在空心光纤内壁表面形成单层聚苯乙烯小球或者多层的聚苯乙烯小球，并进行低温加热加速干燥，该低温的温度范围为30°C?80°C。多层介孔结构能提供更大的表面积;单层的介孔结构更稳定，可以根据需求选择单层或多层介孔结构。
[0016]优选地，所述的步骤S4中，S12溶胶通过正硅酸乙酯水解形成；形成凝胶后，通过向空心光纤中通入氮气循环干燥一段时间来去除多余的S12溶胶。通入氮气，有几方面好处，其一，能够通过气流移除对于的S12溶胶，其二，可以保证空心光纤的畅通，其三，加速S12溶胶的干燥固化。当然，也可以选择通入其他的惰性气体，只要是不参与反应的气体都可以。
[0017]去除聚苯乙烯小球的方式有很多，前面提供了两种方式，一种是加热，另一种是溶解。采用加热的方式去除时，优选地，所述的步骤S5中，加热的温度为4000C?5000C，加热的时间大于2小时，这样才能充分的去除聚苯乙烯小球。采用溶解的方式时，优选地，有机溶剂可以为芳烃(如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等)、氯化烃(如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯等)或酯类。
[0018]介孔的具体结构，跟各步骤中所加溶液溶度、用量以及各步骤中的压力、温度、时间等参数都有关，可以通过实验的方式加工出所需求的介孔结构。
【主权项】
1.一种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤: (A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基； (B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化； (C)选择合适的功能单体和荧光素分子进行偶合； (D)将步骤C中形成的带有荧光素分子的功能单体通过步骤B中的氨基固结在空心光纤的内壁表面。2.—种空芯光纤重金属传感器的制备方法，包括如下步骤: (A)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基； (B)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化； (C)选择合适的功能单体对空心光纤内壁表面进行修饰，功能单体的一端通过氨基固结在空心光纤的内壁表面； (D)荧光素分子通过功能单体组装到空心光纤内壁表面。3.如权利要求2所述的空芯光纤重金属传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤A之前还包括如下步骤在空心光纤的内壁上形成介孔结构: (51)通过浓硫酸和双氧水对空心光纤内壁表面进行亲水处理使其含有较多的羟基； (52)然后利用氨丙基三乙氧基硅烷和空心光纤内壁表面的羟基发生醇解反应使得空心光纤内壁表面氨基化； (53)在空心光纤中加入聚苯乙烯小球，聚苯乙烯小球在与氨基之间的键合作用以及相互之间的静电力作用下进行自组装； (54)加入S12溶胶循环流动使得S12仅在聚苯乙烯小球的空隙中形成凝胶，然后去除多余的S12溶胶； (55)加热一定时间或者采用有机溶剂洗脱的方式去除聚苯乙烯小球从而在空心光纤的内壁上形成介孔结构； 所述的步骤A?步骤D，空心光纤内壁表面替换成空心光纤内壁介孔结构的表面。4.如权利要求2所述的空芯光纤重金属传感器的制备方法，其特征在于:所述的功能单体为乙二醛、丙烯酰胺或者异硫氰酸。5.如权利要求3所述的空芯光纤重金属传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤S3中，通过调节聚苯乙烯小球的浓度实现聚苯乙烯小球的单层或者逐层自组装从而在空心光纤内壁表面形成单层聚苯乙烯小球或者多层的聚苯乙烯小球，并进行低温加热加速干燥，该低温的温度范围为30°C?80°C。6.如权利要求3所述的空芯光纤重金属传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤S4中，S12溶胶通过正硅酸乙酯水解形成;形成凝胶后，通过向空心光纤中通入氮气循环干燥一段时间来去除多余的S12溶胶。7.如权利要求3所述的空芯光纤重金属传感器的制备方法，其特征在于:所述的步骤S5中，加热的温度为400°C?500°C，加热的时间大于2小时;有机溶剂可以为芳烃、氯化烃或酯类。
【文档编号】G01N21/64GK106019469SQ201610601114
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】郑守国, 曾新华, 朱泽德, 孙熊伟, 翁士状
【申请人】中科院合肥技术创新工程院