高靈敏度的co氣體光譜傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO導(dǎo)電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強(qiáng)效應(yīng)的金膜固相基底；采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底。本發(fā)明通過電化學(xué)方法選擇合適的沉積條件沉積Pt顆粒，利用金膜的表面增強(qiáng)效應(yīng)和Pt與CO分子的強(qiáng)化學(xué)吸附作用，充分發(fā)揮表面增強(qiáng)拉曼光譜極高靈敏度及光譜分辨率高的特點，對CO氣體分子實現(xiàn)實時在線檢測。該方法具有靈敏度高，制備方便，選擇性高，性能優(yōu)異等特點。
【專利說明】高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境氣體檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的CO氣體傳感器主要是基于CO氣體進(jìn)入傳感元件后發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2氣體，化學(xué)反應(yīng)形成的電子流由電極引出后，經(jīng)后端放大電路進(jìn)行信號放大、調(diào)理，再送處理器進(jìn)行采集處理。但此類檢測方法具有設(shè)計制備復(fù)雜，不利于現(xiàn)場檢測等缺點。目前，還有研究發(fā)展了一種光纖CO傳感系統(tǒng)，其從分子結(jié)構(gòu)和分子光譜理論出發(fā)，通過紅外光譜，依據(jù)朗伯-比爾定律和光學(xué)信息處理技術(shù)，分析了采用光譜吸收方法通過光纖傳輸光信號的CO氣體濃度檢測機(jī)理。但此法也具有相應(yīng)的缺點，如CO吸附較弱，紅外光譜的檢測靈敏度不高。
[0003]與此同時，表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)作為一種具有極高檢測靈敏度的光譜檢測手段逐漸地在各領(lǐng)域得到了應(yīng)用，這種以貴金屬納米顆粒為基底的表面增強(qiáng)拉曼散射已成為分子探測與識別的有效手段之一，目前單分子的SERS檢測已成為可能，因而得到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注和研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā) 明的 目的在于提供一種既能有效吸附CO氣體分子，又可以充分地利用表面增強(qiáng)拉曼光譜靈敏度高，分辨率好優(yōu)勢的高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:包括下列步驟:
(1)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO導(dǎo)電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強(qiáng)效應(yīng)的金膜固相基底；
(2)采用計時伏安法 恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為ImM H2PtCl6 +
0.1mM H2SO4,沉積電流為IX 10-4Α,沉積時間為10s。
[0006]金溶膠溶液的制備是通過檸檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100 mL濃度為1.0X10_4 g.mr1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰，在攪拌的同時，加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g-πι-1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內(nèi)溶液由透明淡黃色變?yōu)楹谏?分鐘后溶液漸漸變?yōu)槁詭咙S的紫紅色，繼續(xù)攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
[0007]步 驟(I)在加入正己烷后，還滴加乙醇，起到壓縮金膜，使其更加致密的作用。
[0008]本發(fā)明通過電化學(xué)方法選擇合適的沉積條件沉積Pt顆粒，利用金膜的表面增強(qiáng)效應(yīng)和Pt與CO分子的強(qiáng)化學(xué)吸附作用，充分發(fā)揮表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)極高靈敏度及光譜分辨率高的特點，對CO氣體分子實現(xiàn)實時在線檢測。該方法具有靈敏度高，制備方便，選擇性高，性能優(yōu)異等特點。并且，在高電位下，吸附的CO分子又可通過電化學(xué)方法脫附，可實現(xiàn)檢測基底的循環(huán)多次利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0010]圖1是本發(fā)明一個實施例的流程圖。
[0011]圖2是導(dǎo)電玻璃固相金膜基底不意圖。
[0012]圖3是計時伏安法沉積鉬示意圖。
[0013]圖4是沉積鉬顆粒的固相基底表面增強(qiáng)拉曼光譜圖。
[0014]圖5是固相檢測基底吸附CO的表面增強(qiáng)拉曼譜圖。
【具體實施方式】
[0015]一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:包括下列步驟:
Cl)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，還滴加相當(dāng)于金溶膠溶液體積0.5-5%的乙醇(也可不加)，起到壓縮金膜，使其更加致密的作用，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO (Indium tin oxide氧化銦錫)導(dǎo)電玻璃上,制備成單分散的且具有SERS增強(qiáng)效應(yīng)的金膜固相基底；
金溶膠溶液的制備是通過朽1檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100mL濃度為1.0X 10_4 g.mL—1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰,在攪拌的同時,加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g-πι1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內(nèi)溶液由透明淡黃色變?yōu)楹谏?分鐘后溶液漸漸變?yōu)槁詭咙S的紫紅色，繼續(xù)攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
[0016](2)采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為I mM H2PtCl6+ 0.1mM H2SO4，沉積電流為I XlO-4A,沉積時間為10s。沉積電流過大，會導(dǎo)致出現(xiàn)較明顯的析氫現(xiàn)象，沉積電流過小，易形成以電極表面擴(kuò)散控制為主導(dǎo)，表面Pt顆粒易出現(xiàn)三維島狀螺旋錯位生長模式，導(dǎo)致沉積的均勻性下降。
[0017]可以看到吸附CO氣體前，在高波數(shù)區(qū)(2000-2100 cnT1)無任何SERS譜峰信號(如圖4)。
[0018](3) CO的吸附及高靈敏SERS檢測
將沉積Pt的金膜固相基底置入密閉容器中，通入CO氣體，在沉積時間很少時，由于沉積的Pt的量較少，吸附的CO分子較少，SERS譜峰信號較弱，隨著沉積時間的增加，Pt沉積量隨之增加，高波數(shù)區(qū)域內(nèi)CO分子的伸縮振動譜峰 強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)沉積時間為10 s時，可以看到CO氣體分子位于2086 cm-1處的C-O線性吸附伸縮振動譜峰強(qiáng)度達(dá)到最佳，繼續(xù)增加Pt的沉積時間，譜峰信號又逐漸減弱，這是由于沉積的Pt層數(shù)增多，金的增強(qiáng)作用逐漸減弱，SERS的長程效應(yīng)受到影響(如圖5)。
[0019]所述“提拉法”、“計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底”是本領(lǐng)域公知方法。[0020]提拉法:提拉法是將整個洗凈的基板浸入預(yù)先制備好的溶膠之中，然后以精確控制的均勻速度將基板平穩(wěn)地從溶膠中提拉出來，在粘度和重力作用下基板表面形成一層均勻的液膜，緊接著溶劑迅速蒸發(fā)，于是附著在基板表面的溶膠迅速凝膠化而形成一層凝膠膜。計時伏安(電位)法:一種電化學(xué)分析法和研究電極過程的電化學(xué)技術(shù)。它的基本原理是電解，與極譜法(見極譜法和伏安法)更相近。此法是在某一固定電流下，測量電解過程中電極電位(見電極電勢)與時間t之間的關(guān)系的E-t曲線，故稱計時電位法。
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:包括下列步驟: (1)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO導(dǎo)電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強(qiáng)效應(yīng)的金膜固相基底； (2)采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為ImM H2PtCl6 +0.1mM H2SO4,沉積電流為IX 1(4Α,沉積時間為10s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:金溶膠溶液的制備是通過檸檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100 mL濃度為1.0Χ1(4 g ?ml/1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰,在攪拌的同時,加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g ?mL—1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內(nèi)溶液由透明淡黃色變?yōu)楹谏?分鐘后溶液漸漸變?yōu)槁詭咙S的紫紅色，繼續(xù)攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:步驟(I)在加入正己烷后，還滴加乙醇，起到壓縮金膜，使其更加致密的作用。
【文檔編號】G01N21/65GK103439309SQ201310359876
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】葛明, 姚建林, 袁亞仙, 賈雪平, 王南平 申請人:南通大學(xué)