[發(fā)明專利]聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纖光柵重金屬離子檢測方法

在審

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• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113390816A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 江曼;康鑫;李二康;李亞蓉;白晉濤;任兆玉
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/41
• 代理公司: 東莞市科安知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 44284
• 代理人: 孫薇

本發(fā)明提出一種聚多巴胺?氧化石墨烯涂覆光纖光柵重金屬離子檢測方法，通過制備聚多巴胺?氧化石墨烯材料，并在長周期光纖光柵表面沉積聚多巴胺?氧化石墨烯材料，利用重金屬離子與光柵柵區(qū)表面沉積的聚多巴胺?氧化石墨烯材料結(jié)合起到改變周圍折射率、進而改變光耦合模式的作用，最后通過高分辨光譜分析儀觀察到不同濃度、不同種類重金屬離子分散液引起不同模式耦合下對應的光譜變化，實現(xiàn)對重金屬離子的光譜檢測。所述檢測方法實現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于控制、設計合理、成本低易于推廣，實用性較強。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感器及重金屬離子檢測領域，具體涉及一種聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纖光柵重金屬離子檢測方法。

背景技術(shù)

光纖光柵具有抗電磁干擾、實時監(jiān)測功能和機械強度等優(yōu)點，在光學傳感和光通信領域有著廣泛的應用。長周期光纖光柵(LPFGs)可以周期性地將來自光纖芯模的光耦合到高階包層模，產(chǎn)生穿透到光纖包層外部的倏逝波，在化學和生化傳感方面具有很大的潛力。氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)是石墨烯的重要衍生物，具有與石墨烯相似的性質(zhì)，因其具有較大的比表面積而備受關(guān)注，并可被多種官能團修飾，包括羥基、羧基和羰基。一些研究成果展示了黑磷(BP)、碳納米管(CNT)和氧化石墨烯(GO)等重金屬傳感器技術(shù)。本發(fā)明中，使用聚多巴胺對氧化石墨烯進行功能化，提高了氧化石墨烯的吸附性能，在微錐型長周期光纖光柵這一光學器件上實現(xiàn)了對重金屬離子的高靈敏度檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)，提供一種聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纖光柵重金屬離子檢測方法，所述微錐型長周期光纖光柵，通過制備聚多巴胺-氧化石墨烯材料，對材料進行表征之后沉積在微錐型長周期光纖光柵表面，對重金屬離子的水分散液進行了檢測，裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于控制、設計合理、成本低易于推廣，實用性較強。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的具體方案如下：

一種聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纖光柵的重金屬離子檢測方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一、制備聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆的光纖光柵；

步驟二、將步驟一制備的光纖光柵的一端連接寬帶光源，將光纖光柵涂覆有聚多巴胺-氧化石墨烯的柵區(qū)部分放置在V型槽容器內(nèi)，將光纖光柵的另一端連接高分辨光譜分析儀；

步驟三、向所述V型槽容器內(nèi)滴加重金屬離子分散液，滴入后的重金屬離子與光柵柵區(qū)表面涂覆的聚多巴胺-氧化石墨烯材料結(jié)合起到改變周圍折射率、進而改變光耦合模式的作用，最后通過高分辨光譜分析儀觀察到不同濃度、不同種類重金屬離子分散液引起不同模式耦合下對應的光譜變化，實現(xiàn)對重金屬離子的光譜檢測。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的重金屬離子檢測方法，其中所述聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆的光纖光柵為在長周期光纖光柵的光柵區(qū)域上形成有聚多巴胺-氧化石墨烯沉積層的光纖光柵。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的重金屬離子檢測方法，其中步驟一具體包括以下步驟：

(1)制備濃度為0.05-0.2g/L的聚多巴胺分散液；

(2)制備濃度為0.5-2g/L的氧化石墨烯分散液；

(3)將步驟(1)制得的聚多巴胺分散液和步驟(2)制得的氧化石墨烯分散液按照體積比4:6-7:3混合制得聚多巴胺-氧化石墨烯混合分散液；

(4)準備長周期光纖光柵，并通過將其依次浸泡在1-3Mol/L的NaOH溶液和體積比濃度為1％-10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷緩沖液中進行硅烷化處理，得到硅烷化長周期光纖光柵；

(5)將步驟(3)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯混合分散液滴加在步驟(4)制得的硅烷化長周期光纖光柵的柵區(qū)部分，通過光鑷效應及熱沉積，將聚多巴胺-氧化石墨烯均勻沉積在長周期光纖光柵的柵區(qū)表面，在柵區(qū)表面涂覆形成聚多巴胺-氧化石墨烯沉積層。