[發(fā)明專利]一種固態(tài)熒光傳感器及其制備方法、在金屬離子檢測中的應(yīng)用

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• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113092423A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李珩;徐朝華
• 申請（專利權(quán)）人: 江門職業(yè)技術(shù)學(xué)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(fā)明屬于材料分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及金屬離子檢測的應(yīng)用技術(shù)。本發(fā)明一種固態(tài)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顆粒通過自組裝的方式周期排列而成，所述的功能化單分散顆粒是將熒光探針卟啉分子通過化學(xué)鍵修飾到單分散顆粒表面構(gòu)建得到，所述的功能化單分散顆粒周期陣列構(gòu)成了兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的固態(tài)熒光傳感器性能穩(wěn)定，檢測靈敏度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料分析技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種檢測金屬離子的熒光傳感器。該傳感器涉及單分散顆粒表面修飾熒光探針分子，用于痕量汞離子檢測。

背景技術(shù)

重金屬污染問題是全球性的環(huán)境問題之一，也是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先考慮的重大問題。水體重金屬離子的污染主要有汞、鎘、鉛、鉻等金屬離子，是水污染中最嚴(yán)重的一種類型，因為它們屬于非生物降解性類型，它們通過水體進入生物體內(nèi)不能代謝排出，不斷積累于生物體內(nèi)，對環(huán)境中生物體具有嚴(yán)重的毒性損害，同時通過生物鏈的傳遞，重金屬污染也會導(dǎo)致人類各種疾病的產(chǎn)生。其中，汞離子是環(huán)境中最普遍的有毒金屬之一。因此，建立一種簡單、快速、靈敏的檢測方法同時開發(fā)檢測水體環(huán)境中汞離子的新材料具有非常重要的意義。

目前，檢測汞離子的方法主要有比色法、分光光度法、電化學(xué)法、熒光光譜法等，其中熒光檢測法以靈敏度高，選擇性專一及使用方便等優(yōu)點倍受人們關(guān)注，得到了迅速發(fā)展。但大部分熒光檢測汞離子都是在溶液中完成，操作復(fù)雜、不可重復(fù)使用，而且對水體環(huán)境會造成污染。將熒光探針分子與基底材料相結(jié)合發(fā)展固態(tài)熒光傳感器，則基本可以克服上述缺點，實現(xiàn)傳感器的重復(fù)使用，減少污染。有研究報道基底材料通過物理包埋或靜電吸附熒光探針分子進行金屬離子的檢測，但這種方式容易泄露分子，而且檢測靈敏度也不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種檢測性能穩(wěn)定、靈敏度高的固態(tài)熒光傳感器及其制備方法。本發(fā)明首先制備得到兩種不同粒徑、單分散優(yōu)異的功能化單分散顆粒，該功能化單分散顆粒是將熒光探針卟啉分子通過化學(xué)鍵修飾到單分散顆粒表面構(gòu)建得到，制得的性質(zhì)穩(wěn)定、可以精確定量熒光探針卟啉分子的功能化單分散顆粒，不僅具有納米尺度的優(yōu)良性能，同時還具備熒光探針的傳感性能；繼而構(gòu)筑高質(zhì)量的兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結(jié)構(gòu)，利用光子晶體特殊的光學(xué)調(diào)控特性，得到高靈敏度、穩(wěn)定的固態(tài)熒光傳感器。

本發(fā)明一方面，通過熒光探針卟啉分子以化學(xué)鍵修飾到單分散顆粒表面，能夠避免物理包埋或靜電吸附法導(dǎo)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(shè)計合成，是一種具有大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)的富電子化合物，且發(fā)光基團的熒光性質(zhì)受檢測環(huán)境因素（比如pH值和溫度等）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(wěn)定性；另一方面，本發(fā)明引入兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結(jié)構(gòu)，這種三明治光子晶體結(jié)構(gòu)是由粒徑較大的功能化單分散顆粒構(gòu)成三明治光子晶體結(jié)構(gòu)的上層和下層，粒徑較小的功能化單分散顆粒構(gòu)成三明治光子晶體結(jié)構(gòu)的中間層，形成了一個大的光學(xué)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(fā)射光譜相匹配，大大地增強了檢測的光學(xué)信號；同時光子晶體結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，不僅能實現(xiàn)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，還能精確定量熒光探針卟啉分子在傳感器中的含量，提供更多的位點與汞離子進行反應(yīng)。這兩方面協(xié)同作用得到檢測性能優(yōu)異的固態(tài)熒光傳感器，一定程度解決檢測性能穩(wěn)定性差和靈敏度低的問題。

本發(fā)明首先制備一種性能穩(wěn)定的兩種不同粒徑的功能化單分散顆粒，進而采用自組裝的方式組裝成兩種不同光子帶隙的三明治光子晶體結(jié)構(gòu)，制備得到高檢測靈敏度的固態(tài)熒光傳感器。