一种荧光光纤传感器的传感头及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种荧光光纤传感器的传感头，为轮形微结构，包括纤芯、包层和空气孔，所述的纤芯和包层之间通过拉筋进行相连，所述的空气孔内壁涂有一层厚度为20nm纳米金/甲基丙烯酸甲酯。其制备方法即首先制备纳米金/甲基丙烯酸甲酯，然后将纳米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到轮形微结构光纤的空气孔的内壁，涂覆完后，控制温度为50℃烘6h以挥发掉二氯甲烷溶剂，即得荧光光纤传感器的传感头。该荧光光纤传感器的传感头与同类产品相比，其荧光检测下限和灵敏度可提高20倍，所需样品量为nL量级。
【专利说明】一种荧光光纤传感器的传感头及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感头，特别涉及一种荧光光纤传感器的传感头及其制备方法。【背景技术】
[0002]金属表面增强荧光效应是指金属纳米粒子的强局域表面等离子共振极大的增强了金属粒子周围电磁场，进而改变了其周围荧光体的自由空间条件，使荧光体的荧光得到增强的效应，在上世纪70年代由Drexhage首先发现。该效应具有增加荧光体荧光量子产率、增加Forster距离、提高荧光稳定性等优点。近年来作为新一代生物检测、标记及荧光化学传感器的开发技术成为研究的热点。
[0003]光纤传感器具有灵敏度高、体积小、质量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。20世纪末出现的微结构光纤由于具有许多传统光纤无法比拟的优异特性，近年已成为光纤传感研究的一个热点领域。
[0004]微结构光纤中的微型空气孔提供了极具优势的传感通道，它能够使光纤中倏逝波在较长的距离上作用于被测物质。相比于传统光纤倏逝波传感器，微结构光纤不需要除去涂覆层和包层，以及传统光纤为了提高灵敏度对光纤的纤芯进行特殊的处理，以上特性使得微结构光纤倏逝波传感器具有制作工艺简单、灵敏度高、所需样品少(nL-yL)等优点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决传统光纤倏逝波荧光传感器为了提高灵敏度要除去涂覆层和包层等复杂工艺及传统光纤倏逝波荧光传感器所需样品量大(mL-L)等技术问题而提供一种荧光光纤传感器的传感头及其制备方法。
[0006]本发明的技术方案
一种荧光光纤传感器的传感头，为轮形微结构光纤，包括纤芯、包层和空气孔，所述的纤芯和包层之间通过3根拉筋进行相连，所述的空气孔内壁涂有厚度为20nm的纳米金/甲基丙烯酸甲酯。
[0007]上述的一种荧光光纤传感器的传感头的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)、首先将500ul0.1mM的纳米金磷酸盐缓冲液倒入到2ml的二氯甲烷溶剂中，然后将300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力搅拌器搅拌lmin，将纳米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h挥发掉溶剂，再将Iml的二氯甲烷倒入挥发掉溶剂的纳米金中，溶液呈红色说明纳米金已经溶解到了有机溶剂二氯甲烷中，得到含有纳米金的二氯甲烷；
最后将甲基丙烯酸甲酯溶解于该含有纳米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的浓度为lmg/ml，即得纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液；
(2)、将2ml的纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，将玻璃瓶放置于密闭的容器中，容器的盖子中间有一橡胶塞，用注射针头刺透橡胶塞，将轮形微结构光纤穿过注射针头的孔放置到装有纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使轮形微结构光纤的一端端面没入纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液中，开启密闭容器链接的氮气瓶，将压力设置为IOpsi，30秒后即可看到液体从轮形微结构光纤另一端端面的空气孔中出来，持续5分钟，即可将纳米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到轮形微结构光纤的空气孔的内壁，涂覆完后，在烘箱中控制温度为50°C烘6h以挥发掉二氯甲烷溶剂，即得荧光光纤传感器的传感头。
[0008]上述的一种荧光光纤传感器的传感头，用于检测硝基芳烃类爆炸物，其与同类产品相比，检测下限和灵敏度可提高20倍，所需样品量极少，为nL量级。
[0009]本发明的有益效果
本发明的一种突光光纤传感器的传感头，由于纳米金表面增强突光效应可以使突光指示剂的荧光强度增加几十倍甚至更高，并且可以使荧光寿命降低，提高荧光指示剂的光稳定性，从而提高检测的灵敏度和传感器稳定性。
[0010]进一步，本发明的一种突光光纤传感器的传感头，由于轮形微结构光纤较强的倏逝波场及待测物质与倏逝波场较长的相互作用距离，结合纳米金的表面增强荧光效应可以进一步提高检测的灵敏度。与同类产品相比，空气孔内壁涂覆有纳米金/甲基丙烯酸甲酯的轮形微结构光纤传感头的荧光检测下限和灵敏度可提高20倍。
[0011]进一步，本发明的一种突光光纤传感器的传感头，由于空气孔的尺寸为微米量级，如果用空气孔直径为6 ym，长度为16cm的微结构光纤作为传感头，所需样品量只有nL量级，即减少了所需样品量。
[0012]综上所述，本发明的一种荧光光纤传感器的传感头结合了金属表面增强荧光效应和微结构光纤的优势，利用金属表面增强荧光效应提高荧光光纤传感器灵敏度和检测下限，减少所需样品量的传感头。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1、一种突光光纤传感器的传感头的结构不意图。
【具体实施方式】
[0014]下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
[0015]实施例1
一种荧光光纤传感器的传感头，其结构示意图如图1所示，为轮形微结构，包括纤芯1、包层3和空气孔2，所述的纤芯I和包层3之间通过3根拉筋进行相连，所述的空气孔2内壁涂有一层厚度为20nm纳米金/甲基丙烯酸甲酯。
[0016]上述的一种荧光光纤传感器的传感头的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)、首先将500ul0.1 mM的纳米金磷酸盐缓冲液倒入到2ml的二氯甲烷溶剂中，然后将300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力搅拌器搅拌lmin，将纳米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h挥发掉溶剂，再将Iml的二氯甲烷倒入挥发掉溶剂的纳米金中，溶液呈红色说明纳米金已经溶解到了有机溶剂二氯甲烷中，得到含有纳米金的二氯甲烷；
最后将甲基丙烯酸甲酯溶解于该含有纳米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的浓度为lmg/ml，即得纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液；
(2)、将2ml上述所得的纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，将玻璃瓶放置于密闭的容器中，容器的盖子中间有一橡胶塞，用注射针头刺透橡胶塞，将空气孔直径为6 y m，长度为16cm的轮形微结构光纤穿过注射针头的孔放置到装有纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使空气孔直径为6 iim，长度为16cm的轮形微结构光纤的一端端面没入纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液，开启密闭容器链接的氮气瓶，将压力设置为IOpsi，30秒后即可看到液体从空气孔直径为6 u m,长度为16cm的轮形微结构光纤另一端端面的空气孔中出来，持续5分钟，即可将纳米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到空气孔直径为6 ym，长度为16cm的轮形微结构光纤的空气孔的内壁，涂覆完后，在烘箱中控制温度为50°C烘6h以挥发掉二氯甲烷溶剂，即得荧光光纤传感器的传感头。
[0017]应用实施例
将上述实施例1的一种荧光光纤传感器的传感头用于检测硝基芳烃类爆炸物，其具体步骤如下:
首先，将对爆炸物敏感的荧光指示剂涂覆于空气孔内壁；
然后，利用488nm的光作为光源，光源发出的光端面耦合进入荧光光纤传感器的传感头的空气孔直径为6 iim，长度为16cm的微结构光纤纤芯中，空气孔直径为6 y m，长度为16cm的微结构光纤的另一端放入浓度为6.3ppm爆炸物溶液中，由于毛细管吸附作用，爆炸物将进入空气孔直径为6 iim，长度为16cm的微结构光纤的空气孔中，荧光指示剂在488nm的激发光将会产生荧光，荧光强度会随着爆炸物浓度的增加而降低，用光谱仪探测荧光强度进而进行爆炸物浓度检测。
[0018]其灵敏度和检测下限分别为Ippm和6.3ppm,上述检测结果表明，空气孔直径为6 u m,微结构光纤长度为16cm的突光光纤传感器的传感头,所需样品的体积约为27nL即可达到很高的灵敏度和含量很低的检查下限。
[0019]对照实施例
将同类产品即普通的单模光纤去除包层后涂覆对爆炸物敏感的荧光指示剂做为传感头用于检测硝基芳烃类爆炸物，其具体步骤如下:
首先，将该传感头放置于63ppm的爆炸物溶液中；
然后，利用488nm的光作为光源，光源发出的光端面耦合进入光纤纤芯中，荧光指示剂在488nm的激发光将会产生荧光，荧光强度会随着爆炸物浓度的增加而降低，用光谱仪探测荧光强度进而进行爆炸物浓度检测。
[0020]其灵敏度和检测下限分别为IOppm和63ppm，上述检测结果表明，普通的单模光纤去除包层后涂覆对爆炸物敏感的荧光指示剂做为传感头，所需样品的体积约为lmL。
[0021]上述的应用实施例和对照实施例进行对比分析，结果表明，本发明的一种荧光光纤传感器的传感头，与同类产品相比，空气孔内壁涂覆有纳米金/甲基丙烯酸甲酯的轮形微结构光纤传感头的荧光检测下限和灵敏度可提高20倍，所需样品量极少。
[0022]上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种突光光纤传感器的传感头，为轮形微结构，包括纤芯、包层和空气孔，纤芯和包层之间通过3根拉筋进行相连，其特征在于所述的空气孔内壁涂有厚度为20nm的纳米金/甲基丙烯酸甲酯。
2.如权利要求1所述的一种荧光光纤传感器的传感头的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤: (1)、首先将500ul0.1 mM的纳米金磷酸盐缓冲液倒入到2ml的二氯甲烷溶剂中，然后将300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力搅拌器搅拌lmin，将纳米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h挥发掉溶剂，再将Iml的二氯甲烷倒入挥发掉溶剂的纳米金中，溶液呈红色说明纳米金已经溶解到了有机溶剂二氯甲烷中，得到含有纳米金的二氯甲烷； 最后将甲基丙烯酸甲酯溶解于该含有纳米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的浓度为lmg/ml，即得纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液； (2)、将2ml的纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，将玻璃瓶放置于密闭的容器中，容器的盖子中间有一橡胶塞，用注射针头刺透橡胶塞，将轮形微结构光纤穿过注射针头的孔放置到装有纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使轮形微结构光纤的一端端面没入纳米金/甲基丙烯酸甲酯溶液，开启密闭容器链接的氮气瓶，将压力设置为IOpsi，30秒后即可看到液体从轮形微结构光纤另一端端面的空气孔中出来，持续5分钟，即可将纳米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到轮形微结构光纤的空气孔的内壁，涂覆完后，控制温度为50°C烘6h，即得荧光光纤传感器的传感头。
3.如权利要求2所述的一种荧光光纤传感器的传感头的制备方法，其特征在于所述的轮形微结构光纤的空气孔直径为6 u m，长度为16cm。
【文档编号】G01N21/64GK103616362SQ201310647041
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】初凤红 申请人:上海电力学院