一種長周期光纖光柵的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，傳感頭包括長周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長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，改性殼聚糖薄膜用于吸收特定的重金屬離子，光信號從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過長周期光纖光柵時特定波長的光信號將耦合進(jìn)入包層并在金屬膜界面產(chǎn)生表面等離子體共振信號，表面等離子共振信號的波長將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長偏移量就能夠簡單、快捷地實現(xiàn)重金屬離子的檢測。
【專利說明】
一種長周期光纖光柵的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題，給人們的健康帶來極大的危害。為了人們的健康生活，重金屬含量的檢測顯得尤為重要，研究對重金屬離子有選擇性的高靈敏檢測方法及傳感機(jī)理有重要意義。
[0003]重金屬含量的檢測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)分析檢測法。這些傳統(tǒng)的儀器分析測試方法有各自的優(yōu)點，但是檢測繁瑣，缺點不少，一直困擾目前重金屬離子的檢測。
[0004]隨著光源、光纖傳感技術(shù)、信號檢測和計算機(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)對重金屬離子檢測方法的前景越來越明朗。光纖傳感技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)點在各個領(lǐng)域受到越來越廣泛的青睞，再加上SPR自身的特點，使得光纖SPR傳感技術(shù)在重金屬含量的檢測方面具有很大的優(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，提供一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，能夠簡單、快捷地進(jìn)行重金屬離子檢測。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長周期光纖光柵(LPG)、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長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:將長周期光纖光柵置于無水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無水乙醇將長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，該改性聚糖膜可對重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實現(xiàn)重金屬離子的快速檢測。
[0010]在一種優(yōu)選的方案中，所述長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，從而實現(xiàn)對多種重金屬離子的檢測。
[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)到把光信號返回的目的，實現(xiàn)在長周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號的發(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)明公開一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長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，改性殼聚糖薄膜用于吸收特定的重金屬離子，光信號從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過長周期光纖光柵時特定波長的光信號將耦合進(jìn)入包層并在金屬膜界面產(chǎn)生表面等離子體共振信號，表面等離子共振信號的波長將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長偏移量就能夠簡單、快捷地實現(xiàn)重金屬離子的檢測。本發(fā)明的還提供一種長周期光纖光柵的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周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭。
【附圖說明】
[0015]圖1為長周期光纖光柵的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。
【具體實施方式】
[0018]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸； 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0020]實施例1
如圖1所示，一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長周期光纖光柵(LPG)、金屬膜4和改性殼聚糖薄膜5，所述長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]在具體實施過程中，如圖2所示，所述長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，從而實現(xiàn)對多種重金屬離子的檢測。
[0022]在具體實施過程中，所述的金屬膜4為金膜或銀膜。
[0023]在具體實施過程中，所述長周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜，達(dá)到把光信號返回的目的，實現(xiàn)在長周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號的發(fā)送和接收。
[0024]本實施例公開一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括長周期光纖光柵、金屬膜4和改性殼聚糖薄膜5，所述長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，改性殼聚糖薄膜5用于吸收特定的重金屬離子，光信號從光纖的一端入射向另一端傳輸，經(jīng)過長周期光纖光柵時特定波長的光信號將耦合進(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，表面等離子共振信號的波長將隨著重金屬離子濃度的變化而發(fā)生偏移，根據(jù)波長偏移量就能夠簡單、快捷地實現(xiàn)重金屬離子的檢測。
[0025]實施例2
一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭的制作方法，用于制作實施例1的長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，包括以下步驟:
S1:將長周期光纖光柵置于無水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無水乙醇將長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，該改性聚糖膜可對該重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實現(xiàn)重金屬離子的快速檢測。
[0026]在具體實施過程中，所述長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，從而實現(xiàn)對多種重金屬離子的檢測。
[0027]在具體實施過程中，所述的金屬膜為金膜或銀膜。
[0028]在具體實施過程中，所述長周期光纖光柵的一側(cè)端面也鍍有金屬膜，達(dá)到把光信號返回的目的，實現(xiàn)在長周期光纖光柵的同一端面進(jìn)行光信號的發(fā)送和接收。
[0029]在具體實施過程中，步驟S2中，采用真空濺鍍的方法在長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)號對應(yīng)相同或相似的部件；
附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。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】
1.一種長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，包括長周期光纖光柵、金屬膜和改性殼聚糖薄膜，所述長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所述的長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，所述長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所述的長周期光纖光柵的SPR重金屬離子傳感頭，其特征在于，所述長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:將長周期光纖光柵置于無水乙醇中用超聲波清洗3-8分鐘2次，然后用脫脂棉蘸無水乙醇將長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，該改性聚糖膜可對該重金屬離子產(chǎn)生吸附從而實現(xiàn)重金屬離子的快速檢測。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長周期光纖光柵的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】G01N21/552GK106018350SQ201610651743
【公開日】2016年10月12日
【申請日】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, 費賢翔
【申請人】廣東海洋大學(xué)