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效應(yīng)和Pt與CO分子的強化學(xué)吸附作用，充分發(fā)揮表面增強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)后端放大電路進行信號放大、調(diào)理，再送處理器進行采集處理。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效應(yīng)和Pt與CO分子的強化學(xué)吸附作用，充分發(fā)揮表面增強拉曼光譜(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拉曼光譜圖。
[0014]圖5是固相檢測基底吸附CO的表面增強拉曼譜圖。
【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度達到最佳，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)