[發(fā)明專(zhuān)利]一種檢測(cè)三價(jià)砷離子的光纖傳感器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110473756.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113203703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃春雷;周贏武;曾婧;程柯;吳雪津;王軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 閩江學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/41
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/41;G01N21/31;G01N21/75
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測(cè)水體中三價(jià)砷離子的光纖傳感器。利用光纖光柵、去除部分包層的光纖等將纖芯內(nèi)部的光耦合到包層，并在光纖表面沉積一層金屬納米薄膜，再修飾能夠與三價(jià)砷離子反應(yīng)的化學(xué)分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)三價(jià)砷離子的錨定，并進(jìn)一步錨定化學(xué)修飾的納米顆粒提高光纖傳感器的靈敏度。該傳感器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三價(jià)砷離子的高靈敏檢測(cè)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于化學(xué)修飾的金屬納米薄膜用于檢測(cè)三價(jià)砷離子的光纖傳感器。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化的持續(xù)發(fā)展，人類(lèi)向環(huán)境中排放了眾多的污染物，其中重金屬污染物在水體、土壤污染物中具有代表性，毒性巨大。砷離子是眾多重金屬污染物中的一種。砷離子污染的飲用水嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球多大1.4億人口飲用被砷離子污染的飲用水。砷離子水體中有多種價(jià)態(tài)形式，其中三價(jià)砷離子毒性最大、穩(wěn)定性最強(qiáng)、移動(dòng)性更強(qiáng)。研究表明，同等條件下，水稻吸收砷離子的能力是其他谷物如小麥、玉米等的十倍左右，即水稻更具有富集砷離子的能力。而大米是人類(lèi)的主要食物，約占人類(lèi)口糧的一半。過(guò)多攝入砷離子能夠?qū)е露喾N器官疾病，由于毒性極強(qiáng)，世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中的砷離子含量不能超過(guò)10ppb。因此，需要高靈敏的技術(shù)檢測(cè)超低濃度的砷離子。

傳統(tǒng)的重金屬離子檢測(cè)方法包括原子吸收光譜法、分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、化學(xué)發(fā)光法等。原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法法檢測(cè)儀器昂貴，樣品預(yù)處理復(fù)雜，操作復(fù)雜，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。分光光度法無(wú)法區(qū)分結(jié)構(gòu)和半徑相似的重金屬離子，導(dǎo)致的檢測(cè)選擇性較低。化學(xué)發(fā)光法選擇性較差，不適用于低濃度樣品的檢測(cè)。因此，需要開(kāi)發(fā)易于操作的、小型化、高靈敏度的傳感器。光纖傳感器雖然具有易于操作、小型化、高靈敏度等特點(diǎn)，但是目前開(kāi)發(fā)的光纖傳感器較少應(yīng)用于檢測(cè)三價(jià)砷離子。而且微量濃度的三價(jià)砷離子對(duì)環(huán)境介質(zhì)的介電常數(shù)影響很小，難以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的三價(jià)砷離子檢測(cè)。因此，尚需開(kāi)發(fā)新型的用于檢測(cè)三價(jià)砷離子的光纖傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供了一種在光纖表面沉積一層金屬納米薄膜的光纖傳感器，在金屬膜表面通過(guò)化學(xué)修飾實(shí)現(xiàn)對(duì)三價(jià)砷離子的特異性反應(yīng)。并通過(guò)引入化學(xué)修飾金屬納米顆粒，大大提高了檢測(cè)三價(jià)砷離子的靈敏度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案：

一種檢測(cè)三價(jià)砷離子的光纖傳感器，包括光纖、沉積在光纖表面的金屬納米薄膜、化學(xué)修飾的納米顆粒。

其中沉積在光纖表面的金屬納米薄膜，金屬納米薄膜表面有修飾能夠與三價(jià)砷離子反應(yīng)的化學(xué)分子。

進(jìn)一步地，所述的金屬納米薄膜的厚度在0.5nm-500nm。

進(jìn)一步地，所述的金屬納米薄膜包含有鉻、金、銀、鉑等金屬薄膜中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，所述的金屬納米薄膜表面修飾的化學(xué)分子為谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、半胱氨酸中的一種。

其中化學(xué)修飾的納米顆粒，納米顆粒表面有修飾能夠與三價(jià)砷離子反應(yīng)的化學(xué)分子。所述化學(xué)修飾的納米顆粒直徑為10-30nm。

進(jìn)一步地，所述的納米顆粒為金納米顆粒、銀納米顆粒、鉑納米顆粒中的一種。

進(jìn)一步地，所述的納米顆粒表面修飾的化學(xué)分子為谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、半胱氨酸中的任意一種。

其中光纖包括光纖光柵、除去部分包層的光纖、具有單模-多模-單模結(jié)構(gòu)的光纖中的一種或幾種。

本發(fā)明方法的原理如下所述：