[發明專利]基于發光金屬有機框架材料的復合光纖及制備方法與應用于多參量分布式光纖熒光傳感系統

在審

• 申請號: 201910253668.X
• 申請日: 2019-03-30
• 公開（公告）號: CN109916870A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 楊中民;蔣立成;甘久林;趙利帥
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;C08G83/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了基于發光金屬有機框架材料的復合光纖及制備方法與應用于多參量分布式光纖熒光傳感系統。該系統包括激發光源、光纖耦合器、延遲光纖、傳感單元、長通濾波片、熒光光譜儀和信號處理單元。其中傳感單元為利用套管法制備得到的發光MOFs復合光纖，通過利用多個含有不同發光MOFs的傳感單元級聯、并行可組成多參量分布式光纖熒光傳感網絡。本發明實現了發光MOFs與光纖的復合，方法簡單，成本低廉；可根據實際需求制備用于探測不同待分析物的傳感單元并與其他光學儀器元件組成傳感系統，進一步在多點同時實現原位實時、遠程在線的熒光探測和傳感，大大提升了發光MOFs的傳感應用性。

技術領域

本發明屬于光纖熒光傳感領域，尤其涉及一種基于金屬有機框架材料的復合光纖及多參量分布式光纖熒光傳感系統。

背景技術

金屬有機框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，是一種將有機配體作為橋連結構、金屬離子(簇)作為鏈接點，二者通過配位鍵連接而形成的新型多孔晶體材料，由于其巨大的比表面以及網絡拓撲結構的可預測性，在分離、催化、儲氫等領域具有廣泛的應用前景。其中發光金屬有機框架材料具有豐富的電子結構和優良的光物理性質(如發光譜線狹窄、發光效率高等特點)，會在外界激發光作用下產生熒光，在熒光傳感方面具有響應速度快、靈敏度高、選擇性好、穩定可靠等優點，可應用于如溶液離子、氣體、有機小分子、爆炸物、生物分子等的高選擇性探測，已成為新一代的理想熒光探針材料。

盡管發光MOFs在熒光傳感領域發展迅速，但在其邁向實用化的進程中，還面臨著許多嚴重阻礙其發展的問題。首先，絕大部分基于發光MOFs的熒光探測均是將MOFs顆粒直接分散在取樣待測物中或暴露在模擬待測環境下，再利用熒光光譜儀進行光譜測試分析。由于MOFs顆粒在取樣待測溶液中的不均勻分布和無規律運動，以及MOFs粉末壓片在氣體環境中易被氣流吹散等問題，會造成熒光強度波動而使得光譜測量不準確，同時這種熒光探測手段也造成MOFs易損導致壽命過短和難以回收二次利用導致浪費等問題。其次，由于熒光測量需要精密可靠的光路來實現激發光的導入和熒光的收集，所以基于發光MOFs的傳感器無法直接應用于惡劣嚴苛的真實環境中，絕大部分MOFs傳感特性的展示均依賴于實驗室商用熒光測量設備的離線取樣測量，這種測量方法大大限制了發光MOFs進一步實現原位實時、遠程在線離等先進傳感功能。

基于上述優勢及存在的問題，將發光MOFs與光纖集成以最大程度地實現其傳感應用是一種較具潛力的方案，既克服了發光MOFs在傳統熒光傳感應用方面的缺點，又結合了光纖傳感的優勢。但是由于在光纖上集成發光MOFs方法復雜，制備難度大，目前這種應用的報道還不多。因此，開發一種簡單便宜的發光MOFs和光纖復合的方法是非常有意義的。同時，依托發光MOFs復合光纖搭建的多參量分布式熒光傳感系統也十分具有現實意義。材料的器件化及光纖結構的引入使得這種材料的實際應用潛力十分巨大。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于發光MOFs的復合光纖，和一種以發光MOFs復合光纖為傳感單元的多參量分布式光纖熒光傳感系統。

本發明的基于發光MOFs的復合光纖，該光纖為側面復合了發光MOFs的紫外光優化石英光纖。具體地，是在光纖側面復合了發光MOFs聚合物混合基質膜，且所述的發光MOFs具有高選擇性傳感功能。

本發明技術方案如下。

一種基于發光金屬有機框架材料的復合光纖的制備方法，包括以下步驟：

a)將發光MOFs顆粒溶解于溶劑中，充分攪拌分散；

b)向步驟a)中的溶液中加入聚合物單體和光引發劑，待完全均勻分散后，置于真空環境下脫泡處理，去除多余的溶劑，得到發光MOFs/聚合物前驅體混合溶液；

c)將光纖剝去涂覆層，其中一段用氫氟酸溶液蝕刻掉光纖包層；