[發明專利]一種可回收重復利用的熒光傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110264856.X
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113109304A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李珩;徐朝華
• 申請（專利權）人: 江門職業技術學院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于材料分析技術領域，涉及一種兼具檢測和去除金屬離子的熒光傳感器。本發明一種可回收重復利用的熒光傳感器，其特征在于：該傳感器是由兩種不同粒徑的功能化單分散磁性顆粒通過自組裝的方式周期排列而成，所述功能化單分散磁性顆粒是將熒光探針卟啉分子通過化學鍵修飾到單分散磁性顆粒表面構建得到，所述功能化單分散磁性顆粒周期陣列構成了兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結構。本發明的可回收重復利用的熒光傳感器性能穩定，檢測靈敏度高，能夠有效地去除水體中低濃度汞離子。

技術領域

本發明屬于材料分析技術領域，具體的說，是一種兼具檢測和去除金屬離子的熒光傳感器。該傳感器涉及單分散磁性顆粒表面修飾熒光探針分子，用于汞離子的檢測，并能有效去除水體中的痕量汞離子。

背景技術

伴隨著我國工業化進程發展的加快和環境污染的日益嚴重，生活中的水資源、土地資源與空氣資源都大范圍的受到了重金屬離子的污染和破壞。2015 年國務院發布《水污染防治行動計劃》，將重金屬離子作為水治理的重點對象之一。在自然環境中，重金屬無法分解并且通過食物鏈的積聚，在自然環境中濃度低的重金屬可以以很高的數量聚集到人類的身體里，這將損壞人類身體正常的新陳代謝生理功能并且對生理健康有很大的傷害。所以，我們不僅要對水體中重金屬離子進行實時監測，還需要對水體中重金屬離子進行去除分離。因此，建立靈敏快速的檢測方法同時去除水中重金屬離子的新材料己迫在眉睫。

相關文獻報道關于單種重金屬離子測試的方法很多，常用的重金屬離子檢測方法包括紫外－可分光光度法、電化學方法、電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法、高效液相色譜法以及熒光探針法等，雖然靈敏度、準確性較高，但是都是對重金屬離子的單一檢測。面對復雜的水體環境，特別是水體中低濃度水平的汞離子污染，目前很多吸附材料，如活性炭、多孔二氧化硅等對于高濃度的重金屬離子表現出較高吸附去除率，但很難直接將高濃度汞離子處理到極低濃度。因此，研究與開發對水環境中重金屬離子的快速、高效、高靈敏度的檢測，同時解決清除水體中痕量重金屬離子的問題，意義十分重大。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種兼有檢測并吸附重金屬離子的傳感器，達到檢測性能穩定、檢測靈敏度高，并且能有效去除痕量汞離子、可回收重復利用的熒光傳感器及其制備方法。本發明首先制備得到兩種不同粒徑、單分散優異的功能化單分散磁性顆粒，該功能化單分散磁性顆粒是將熒光探針卟啉分子通過化學鍵修飾到單分散磁性顆粒表面構建得到，制得的性質穩定、可以精確定量熒光探針卟啉分子的功能化單分散磁性顆粒，不僅具有納米尺度的優良性能，同時還具備熒光探針的傳感性能；繼而構筑高質量的兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結構，利用光子晶體特殊的光學調控特性，得到高靈敏度、穩定的可回收重復利用的熒光傳感器。

本發明從三個方面來設計：一方面，通過熒光探針卟啉分子以化學鍵修飾到單分散磁性顆粒表面，能夠避免物理包埋或靜電吸附法導致熒光探針分子的泄露，造成檢測靈敏度變差，選擇性變低的問題，同時選用的熒光探針卟啉分子易于設計合成，是一種具有大環共軛結構的富電子化合物，且發光基團的熒光性質受檢測環境因素的影響較小，能與汞離子配位造成自身熒光的猝滅，從而提高檢測金屬離子的穩定性；另一方面，本發明引入兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結構，這種三明治光子晶體結構是由粒徑較大的功能化單分散磁性顆粒構成三明治光子晶體結構的上層和下層，粒徑較小的功能化單分散磁性顆粒構成三明治光子晶體結構的中間層，形成一個大的光學腔，其中一個光子帶隙與熒光探針卟啉分子的吸收光譜相匹配，另一個光子帶隙與熒光探針卟啉分子的發射光譜相匹配，大大地增強了檢測的光學信號；最后，本發明的光子晶體結構具有大的比表面積，不僅能實現熒光探針卟啉分子的良好分散，避免熒光分子由于聚集引起的熒光淬滅，還能提供更多的位點與汞離子進行配位反應，功能化單分散磁性顆粒表面上的基團也可參與吸附汞離子，能夠有效地去除水體中的低濃度汞離子，同時大的比表面積能提高離子交換和吸附容量，有利于低濃度汞離子去除效率的提高。這三方面協同作用得到檢測性能優異的可吸附并去除痕量重金屬離子的熒光傳感器。