一種長(zhǎng)周期光纖光柵的spr重金屬離子傳感頭及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭及其制作方法，傳感頭包括長(zhǎng)周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵的纖芯以及包附在纖芯外的包層，所述光柵的周期為100?500μm，光柵區(qū)域的包層表面鍍有一層30~200nm厚的金屬膜，金屬膜表面制備有30~500nm厚的改性殼聚糖薄膜，所述改性殼聚糖薄膜能夠吸附重金屬離子。在使用時(shí)，改性殼聚糖薄膜用于吸收特定的重金屬離子，光信號(hào)從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵時(shí)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)將耦合進(jìn)入包層并在金屬膜界面產(chǎn)生表面等離子體共振信號(hào)，表面等離子共振信號(hào)的波長(zhǎng)將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長(zhǎng)偏移量就能夠簡(jiǎn)單、快捷地實(shí)現(xiàn)重金屬離子的檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖技術(shù)、光纖光柵表面等離子共振(SPR)技術(shù)、高分子材料及其薄膜制備技術(shù)的交叉領(lǐng)域，更具體地，涉及一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛、汞、鎘等重金屬污染水和土壤，而且很難降解，通過(guò)飲用水或者水生植物吸收沿食物鏈進(jìn)入人體，在生物體內(nèi)可以不斷的沉積和富集，從而引起食品安全問(wèn)題，給人們的健康帶來(lái)極大的危害。為了人們的健康生活，重金屬含量的檢測(cè)顯得尤為重要，研究對(duì)重金屬離子有選擇性的高靈敏檢測(cè)方法及傳感機(jī)理有重要意義。
[0003]重金屬含量的檢測(cè)方法主要有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、質(zhì)譜法、酶抑制法和電化學(xué)分析檢測(cè)法。這些傳統(tǒng)的儀器分析測(cè)試方法有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是檢測(cè)繁瑣，缺點(diǎn)不少，一直困擾目前重金屬離子的檢測(cè)。
[0004]隨著光源、光纖傳感技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及消逝波的深入研究與利用、生物分子膜構(gòu)建能力的不斷增強(qiáng)，光纖SPR傳感技術(shù)對(duì)重金屬離子檢測(cè)方法的前景越來(lái)越明朗。光纖傳感技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域受到越來(lái)越廣泛的青睞，再加上SPR自身的特點(diǎn)，使得光纖SPR傳感技術(shù)在重金屬含量的檢測(cè)方面具有很大的優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的首要目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，能夠簡(jiǎn)單、快捷地進(jìn)行重金屬離子檢測(cè)。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長(zhǎng)周期光纖光柵(LPG)、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵的纖芯以及包附在纖芯外的包層，所述光柵的周期為100-500μηι，光柵區(qū)域的包層表面鍍有一層30?200nm厚的金屬膜，金屬膜表面制備有30?500nm厚的改性殼聚糖薄膜，所述改性殼聚糖薄膜能夠吸附重金屬離子。
[0009]—種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，包括以下步驟:
S1:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于無(wú)水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無(wú)水乙醇將長(zhǎng)周期光纖光柵的包層表面擦拭干凈并晾干；
S2:將擦拭干凈晾干的長(zhǎng)周期光纖光柵在光柵區(qū)域的包層表面鍍上一層金屬膜，厚度為30?200nm;
S3:根據(jù)光纖光柵SPR重金屬離子傳感頭的性能要求，用質(zhì)量濃度為0.5-5%的乙酸配制質(zhì)量濃度為1-5%的殼聚糖溶液，直至殼聚糖溶液變清亮且粘稠，隨即對(duì)該殼聚糖進(jìn)行改性，不同的改性殼聚糖能夠?qū)Σ煌闹亟饘匐x子產(chǎn)生強(qiáng)吸附，不同改性的殼聚糖用于在不同周期大小的長(zhǎng)周期光纖光柵上制備自組裝殼聚糖膜；
S4:在金屬膜表面采用自組裝法制備殼聚糖膜:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于制備好的殼聚糖溶液中10?20分鐘后隨即用去離子水洗凈，同時(shí)將其表面的水分用濾紙吸干，金屬膜的表面形成單層的殼聚糖膜;如果需要制備雙層或多層殼聚糖膜，則多次重復(fù)本步驟即可，制備的殼聚糖膜厚度為30?500nm;
S5:將制備有殼聚糖膜的長(zhǎng)周期光纖光柵置于常溫下的重金屬離子溶液靜置24h后，使殼聚糖膜對(duì)重金屬離子完全吸附，取出用去離子水洗滌3-5次后真空干燥24h定型；用HCl溶液浸泡24h，將殼聚糖膜吸附的重金屬離子洗脫，然后放入干燥箱烘干，即得改性殼聚糖薄膜，該改性聚糖膜可對(duì)重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子的快速檢測(cè)。
[0010]在一種優(yōu)選的方案中，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括多組不同周期的光柵，在不同周期的光柵區(qū)域制作不同的改性殼聚糖薄膜，不同的改性殼聚糖薄膜能夠吸附不同的重金屬離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬離子的檢測(cè)。
[0011 ]在一種優(yōu)選的方案中，所述的金屬膜為金膜或銀膜。
[0012]在一種優(yōu)選的方案中，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜，達(dá)到把光信號(hào)返回的目的，實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送和接收。
[0013]在一種優(yōu)選的方案中，步驟S2中，采用真空濺鍍的方法在長(zhǎng)周期光纖光柵的光柵區(qū)域的包層表面鍍金屬膜。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明公開一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長(zhǎng)周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵的纖芯以及包附在纖芯外的包層，所述光柵的周期為100-500μηι，光柵區(qū)域的包層表面鍍有一層30?200nm厚的金屬膜，金屬膜表面制備有30?500nm厚的改性殼聚糖薄膜，所述改性殼聚糖薄膜能夠吸附重金屬離子。在使用時(shí)，改性殼聚糖薄膜用于吸收特定的重金屬離子，光信號(hào)從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵時(shí)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)將耦合進(jìn)入包層并在金屬膜界面產(chǎn)生表面等離子體共振信號(hào)，表面等離子共振信號(hào)的波長(zhǎng)將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長(zhǎng)偏移量就能夠簡(jiǎn)單、快捷地實(shí)現(xiàn)重金屬離子的檢測(cè)。本發(fā)明的還提供一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，該方法用于制作上述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的示意圖。
[0016]圖2為包括多組不同周期的光柵的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭示意圖。
[0017]其中:1、纖芯;2、包層;3、光柵;4、金屬膜;5、改性殼聚糖薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸； 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
如圖1所示，一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長(zhǎng)周期光纖光柵(LPG)、金屬膜4和改性殼聚糖薄膜5，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵3的纖芯I以及包附在纖芯I外的包層2，所述光柵3的周期為100-500μπι，光柵3區(qū)域的包層2表面鍍有一層30?200nm厚的金屬膜4，金屬膜4表面制備有30?500nm厚的改性殼聚糖薄膜5，所述改性殼聚糖薄膜5能夠吸附重金屬離子。
[0021]在具體實(shí)施過(guò)程中，如圖2所示，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括多組不同周期的光柵3，不同周期的光柵3區(qū)域具有不同的改性殼聚糖薄膜5，不同的改性殼聚糖薄膜5能夠吸附不同的重金屬離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬離子的檢測(cè)。
[0022]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述的金屬膜4為金膜或銀膜。
[0023]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜，達(dá)到把光信號(hào)返回的目的，實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送和接收。
[0024]本實(shí)施例公開一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長(zhǎng)周期光纖光柵、金屬膜4和改性殼聚糖薄膜5，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵3的纖芯I以及包附在纖芯I外的包層2，所述光柵3的周期為100-500μπι，光柵3區(qū)域的包層2表面鍍有一層30?200nm厚的金屬膜4，金屬膜4表面制備有納米量級(jí)厚的改性殼聚糖薄膜5，所述改性殼聚糖薄膜5能夠吸附重金屬離子。在使用時(shí)，改性殼聚糖薄膜5用于吸收特定的重金屬離子，光信號(hào)從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵時(shí)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)將耦合進(jìn)入包層2并在金屬膜4界面產(chǎn)生表面等離子體共振信號(hào)，表面等離子共振信號(hào)的波長(zhǎng)將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長(zhǎng)偏移量就能夠簡(jiǎn)單、快捷地實(shí)現(xiàn)重金屬離子的檢測(cè)。
[0025]實(shí)施例2
一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，用于制作實(shí)施例1的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括以下步驟:
S1:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于無(wú)水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無(wú)水乙醇將長(zhǎng)周期光纖光柵的包層表面擦拭干凈并晾干；
S2:將擦拭干凈晾干的長(zhǎng)周期光纖光柵在光柵區(qū)域的包層表面鍍上一層金屬膜，厚度為30?200nm;
S3:根據(jù)光纖光柵SPR重金屬離子傳感頭的性能要求，用質(zhì)量濃度為0.5-5%的乙酸配制質(zhì)量濃度為1-5%的殼聚糖溶液，直至殼聚糖溶液變清亮且粘稠，隨即對(duì)該殼聚糖進(jìn)行改性，不同的改性殼聚糖能夠?qū)Σ煌闹亟饘匐x子產(chǎn)生強(qiáng)吸附，不同改性的殼聚糖用于在不同周期大小的長(zhǎng)周期光纖光柵上制備自組裝殼聚糖膜；
S4:在金屬膜表面采用自組裝法制備殼聚糖膜:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于制備好的殼聚糖溶液中10?20分鐘后隨即用去離子水洗凈，同時(shí)將其表面的水分用濾紙吸干，金屬膜的表面形成單層的殼聚糖膜;如果需要制備雙層或多層殼聚糖膜，則多次重復(fù)本步驟即可，制備的殼聚糖膜厚度為30?500nm;
S5:將制備有殼聚糖膜的長(zhǎng)周期光纖光柵置于常溫下的重金屬離子溶液靜置24h后，使殼聚糖膜對(duì)重金屬離子完全吸附，取出用去離子水洗滌3-5次后真空干燥24h定型；用HCl溶液浸泡24h，將殼聚糖膜吸附的重金屬離子洗脫，然后放入干燥箱烘干，即得改性殼聚糖薄膜，該改性聚糖膜可對(duì)該重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子的快速檢測(cè)。
[0026]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括多組不同周期的光柵，在不同周期的光柵區(qū)域制作不同的改性殼聚糖薄膜，不同的改性殼聚糖薄膜能夠吸附不同的重金屬離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬離子的檢測(cè)。
[0027]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述的金屬膜為金膜或銀膜。
[0028]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜，達(dá)到把光信號(hào)返回的目的，實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送和接收。
[0029]在具體實(shí)施過(guò)程中，步驟S2中，采用真空濺鍍的方法在長(zhǎng)周期光纖光柵的光柵區(qū)域的包層表面鍍金屬膜。
[0030]相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；
附圖中描述位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，包括長(zhǎng)周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括含有光柵的纖芯以及包附在纖芯外的包層，所述光柵的周期為100-500μπι，光柵區(qū)域的包層表面鍍有一層30?200nm厚的金屬膜，金屬膜表面制備有30?500nm厚的改性殼聚糖薄膜，所述改性殼聚糖薄膜能夠吸附重金屬離子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括多組不同周期的光柵，不同周期的光柵區(qū)域具有不同的改性殼聚糖薄膜，不同的改性殼聚糖薄膜能夠吸附不同的重金屬離子。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，所述的金屬膜為金膜或銀膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜。5.—種權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于無(wú)水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無(wú)水乙醇將長(zhǎng)周期光纖光柵的包層表面擦拭干凈并晾干； S2:將擦拭干凈晾干的長(zhǎng)周期光纖光柵在光柵區(qū)域的包層表面鍍上一層金屬膜，厚度為30?200nm; S3:用質(zhì)量濃度為0.5-5%的乙酸配制質(zhì)量濃度為1-5%的殼聚糖溶液，直至殼聚糖溶液變清亮且粘稠，隨即對(duì)該殼聚糖進(jìn)行改性，不同的改性殼聚糖能夠?qū)Σ煌闹亟饘匐x子產(chǎn)生強(qiáng)吸附，不同改性的殼聚糖用于在不同周期大小的長(zhǎng)周期光纖光柵上制備自組裝殼聚糖膜； S4:在金屬膜表面采用自組裝法制備殼聚糖膜:將長(zhǎng)周期光纖光柵置于制備好的殼聚糖溶液中10?20分鐘后隨即用去離子水洗凈，同時(shí)將其表面的水分用濾紙吸干，金屬膜的表面形成單層的殼聚糖膜;如果需要制備雙層或多層殼聚糖膜，則多次重復(fù)本步驟即可，制備的殼聚糖膜厚度為30?500nm; S5:將制備有殼聚糖膜的長(zhǎng)周期光纖光柵置于常溫下的重金屬離子溶液靜置24h后，使殼聚糖膜對(duì)重金屬離子完全吸附，取出用去離子水洗滌3-5次后真空干燥24h定型；用HCl溶液浸泡24h，將殼聚糖膜吸附的重金屬離子洗脫，然后放入干燥箱烘干，即得改性殼聚糖薄膜，該改性聚糖膜可對(duì)該重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子的快速檢測(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，其特征在于，所述長(zhǎng)周期光纖光柵包括多組不同周期的光柵，在不同周期的光柵區(qū)域制作不同的改性殼聚糖薄膜，不同的改性殼聚糖薄膜能夠吸附不同的重金屬離子。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，其特征在于，所述的金屬膜為金膜或銀膜。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，其特征在于，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，其特征在于，步驟S2中，采用真空濺鍍的方法在長(zhǎng)周期光纖光柵的光柵區(qū)域的包層表面鍍金屬膜。
【文檔編號(hào)】G01N21/552GK106018350SQ201610651743
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月9日
【發(fā)明人】王文華, 李思東, 吳偉娜, 熊正燁, 師文慶, 黃江, 田秀云, 費(fèi)賢翔
【申請(qǐng)人】廣東海洋大學(xué)