專利名稱：一種納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光爆炸物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及一種納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光爆炸物傳感器。
背景技術(shù)：
隨著國際恐怖主義勢力的增長，極端分子在世界各地制造了一系列惡性爆炸事件，這些事件對人類的生存安全構(gòu)成了極大的威脅，因此如何檢測藏
匿于行李、郵件、車輛、飛機以及疑犯身體上的爆炸物已成為各國執(zhí)法機關(guān)共同面對的問題。爆炸物的檢測技術(shù)可分為體探測技術(shù)和微痕量檢測技術(shù)。爆炸物的體探檢測技術(shù)存在價格昂貴、靈敏度低、設(shè)備體積大等缺點，因而在應(yīng)用方面存在局限性。爆炸物的微痕量檢測技術(shù)主要是對爆炸物揮發(fā)出的蒸汽和對粘附于爆炸物容器表面以及任何接觸過爆炸物的物(包括人體)表面所殘留的微痕量爆炸物進行檢測的技術(shù)。目前，可用于對微痕量爆炸物進行檢測的技術(shù)主要是各種波譜技術(shù)、基于熒光猝滅原理的傳感技術(shù)以及生物傳感技術(shù)等。波譜檢測方法主要有氣相色譜法(GC)、質(zhì)譜法 (MS)和離子遷移法(IMQ等。目前，這些微痕量檢測技術(shù)都還處在不斷探索和發(fā)展中。就開發(fā)前景而言，熒光猝滅爆炸物傳感器具有檢測速度快、檢測靈敏度高、穩(wěn)定性好、傳感器成本低、體積小、操作簡便等優(yōu)點，被認(rèn)為是目前爆炸物痕量檢測、探測方面最好的技術(shù)之
ο納米金增強熒光爆炸物傳感器基于熒光猝滅原理，納米金材料有著特異的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)方面呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。因此，在催化、電子材料、微器件、增強材料和傳感器材料方面有著廣闊的應(yīng)用前景。納米金用于光學(xué)和電化學(xué)傳感時，由于具有良好的光學(xué)和電子學(xué)特性，能對檢測起到信號增強和放大的作用，因此可以提高檢測的靈敏度。納米金粒子的表面等離子體共振可以極大地增強粒子周圍的電磁場，這種局域場可以改變吸附于其表面及周圍熒光體的自由空間的條件，使熒光體的熒光得到增強，這種現(xiàn)象稱為納米金表面增強熒光效應(yīng)。 該效應(yīng)具有增加熒光量子產(chǎn)率、增加i^orster距離、提高光穩(wěn)定性等特點。作為新一代生物檢測、標(biāo)記及熒光化學(xué)傳感器的開發(fā)技術(shù)成為人們研究的熱點。目前基于熒光猝滅原理的微痕量爆炸物傳感器的主要技術(shù)難題是熒光指示劑的熒光強度較弱，從而增加了探測熒光信號的難度，并且使系統(tǒng)的靈敏度和檢測下限降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述的技術(shù)問題而提供一種納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光爆炸物傳感器，即采用納米金表面增強熒光效應(yīng)來提高熒光指示劑的熒光強度，進而可以提高系統(tǒng)的靈敏度和檢測下限。本發(fā)明的技術(shù)原理
利用具有高靈敏度的納米金表面增強熒光效應(yīng)來測量硝基芳烴類爆炸物的濃度，熒光指示劑采用2-甲氧基-5-(2'-乙基己氧基)-1，4_對苯乙炔(MEH-PPV)。當(dāng)硝基芳烴類爆炸物濃度變化時，指示劑MEH-PPV敏感材料的熒光強度、熒光壽命等基本光物理性質(zhì)發(fā)生改變，通過檢測熒光強度或者熒光壽命來確定硝基芳烴類爆炸物的濃度，向敏感材料中引入納米金/ 二氧化硅核殼材料粒子，利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光效應(yīng)提高熒光指示劑的熒光效率，進而提高檢測的靈敏度。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種利用納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器， 包括發(fā)光二極管端面耦合塑料光纖傳感器頭、氣室、高通濾光片、光電倍增管，其中所述的發(fā)光二極管端面耦合塑料光纖傳感器頭包括發(fā)光二極管、帶通濾光片及表面涂有含納米金 / 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭；
其中發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭中的發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)端面耦合到表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭上，為了消除發(fā)光二極管發(fā)出的光對熒光探測的影響，在發(fā)光二極管前加一帶通濾光片，表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為510nm 的高通濾光片以濾掉激發(fā)光；
所述的帶通濾光片的中心波長為470nm，帶寬為20nm。一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器及其制備方法，包括如下步驟
(1)、塑料光纖的預(yù)處理
將塑料光纖用刀片將中間部分剝?nèi)ゼs2cm長的護套，然后將剝?nèi)プo套的光纖用酒精棉球擦干凈，將剝?nèi)プo套的光纖彎成U形；
(2)、配制含有納米金和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液
①、將體積比為1:3 :1 0. 55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、濃度為95%的乙醇、 0. 03mol/l的鹽酸水溶液依次倒入燒瓶中配成溶液A，然后將熒光指示劑MEH-PPV加入溶液中得溶液B ；
熒光指示劑MEH-PPV的加入量按其與溶液A的質(zhì)量體積比即熒光指示劑MEH-PPV 溶液 A 為 2-10mg =ImL ；
②、將50mL濃度為0.01%的氯金酸乙醇溶液經(jīng)lOOOr/min磁力攪拌，同時加熱至沸騰，迅速加入在50°C水浴中保溫的50ml的濃度為1%的檸檬酸鈉水溶液中，形成溶液C;
③、步驟(1)所得的溶液B和( 所得的溶液C混合，在50°C水浴條件下攪拌他，即得到透明的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液；
(3)、表面涂有含納米金/二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭的制備
將步驟(1)中預(yù)處理后的U形塑料光纖插入配制好的溶膠-凝膠溶液中，用提拉法涂上厚度為Imm的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠，在室溫涼干即表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭；
(4)、將發(fā)光二極管和塑料光纖傳感器頭進行端面耦合
將步驟(3)制備好的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV 敏感材料的塑料光纖傳感器頭經(jīng)過端面耦合法與帶有濾光片的發(fā)光二極管耦合，具體方法為首先加工一個外徑為20mm，內(nèi)徑為5mm，長度為5mm的金屬棒，將直徑為5mm的發(fā)光二極管放入金屬棒的孔內(nèi)，然后加工一個一端內(nèi)徑為20mm，外徑為25mm，長度為10mm，另一端內(nèi)徑為2mm，外徑為5mm，長度為5mm的金屬套筒，將直徑為20mm的帶通濾光片放在內(nèi)徑為20mm的一端，將直徑為2mm的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑 MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭插入內(nèi)徑為2mm的另一端，最后將裝有濾光片的金屬套筒套到裝有發(fā)光二極管的金屬棒上，得到發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭；
(5)、傳感器的組裝
將步驟(4)所得的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭中的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為510nm的高通濾光片以濾掉激發(fā)光，最終得一種利用納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器。上述所得的一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器用于環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，機場、車站等地的硝基芳烴類爆炸物檢測，如機場的安檢口、車站的入口等地，當(dāng)顧客攜帶有硝基芳烴類爆炸物時，該裝置能夠在數(shù)秒內(nèi)檢測到。 由于熒光增強效應(yīng)，爆炸物檢測的下限和靈敏度可以比目前的基于熒光猝滅原理的爆炸物檢測裝置高5-10倍。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器， 其中發(fā)光二極管端面耦合塑料光纖傳感器頭中的塑料光纖傳感頭由于采用了納米金/二氧化硅核殼材料，該材料可以使指示劑MEH-PPV敏感材料的熒光強度提高5-10倍，因此可以使檢測下限和靈敏度提高5-10倍。同時，由于爆炸物分子可以在數(shù)秒內(nèi)和熒光指示劑相互作用，所以本發(fā)明的傳感器檢測速度快，且由于采用熒光強度和熒光壽命同時檢測的方法，所以本發(fā)明的傳感器工作性能穩(wěn)定。另外，由于采用發(fā)光二極管而不是價格較高的激光器，所以本發(fā)明的傳感器成本低。


圖1、一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為發(fā)光二極管，2為帶通濾光片，3為氣室，4為表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的傳感器頭，5為高通濾光片，6為光電倍增管。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。實施例1
一種利用納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器， 包括發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭、氣室、高通濾光片、光電倍增管；
其中所述的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭包括發(fā)光二極管、帶通濾光片及表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭；
其中發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭中的發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)端面耦合到表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭上，為了消除發(fā)光二極管發(fā)出的光對熒光探測的影響，在光源發(fā)光二極管加一帶通濾光片，表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為 5IOnm的高通濾光片；
所述的帶通濾光片的中心波長為470nm，帶寬為20nm。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中1為發(fā)光二極管，2為帶通濾光片，3為氣室，4為表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭，5為高通濾光片，6為光電倍增管；
上述的一種利用納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器的制備方法，包括如下步驟
(1)、塑料光纖的預(yù)處理
將塑料光纖用刀片將中間部分剝?nèi)ゼs2厘米長的護套，然后將剝?nèi)プo套的光纖用酒精棉球擦干凈，將剝?nèi)プo套的光纖彎成U形；
(2)、配制含有納米金和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液
①、將體積比為1:3 :1 0. 55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、濃度為95%的酒精、 0. 03mol/l的鹽酸水溶液依次倒入燒瓶中配成溶液A，然后將熒光指示劑MEH-PPV加入溶液中得溶液B ；
熒光指示劑MEH-PPV的加入量按其與溶液A的質(zhì)量體積比即MEH-PPV 溶液A為 2-10mg :1ml ；
②、將50mL濃度為0.01%的氯金酸乙醇溶液經(jīng)lOOOr/min磁力攪拌，同時加熱至沸騰，迅速加入在50°C水浴中保溫的50ml的濃度為1%的檸檬酸鈉水溶液中，形成溶液C;
③、步驟(1)所得的溶液B和( 所得的溶液C混合，在50°C水浴條件下攪拌他，即得到透明的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液；
(3)、表面涂有含納米金/二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭的制備
將步驟(1)中預(yù)處理后的U形塑料光纖插入配制好的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液中，用提拉法涂上厚度為2mm的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和指示劑MEH-PPV敏感材料，在室溫涼干即表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭；
(4)、將發(fā)光二極管和塑料光纖傳感器頭進行端面耦合
將上述制備好的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭經(jīng)過端面耦合法與帶有濾光片的發(fā)光二極管耦合，具體方法為首先加工一個外徑為20mm，內(nèi)徑為5mm，長度為5mm的金屬棒，將直徑為5mm的發(fā)光二極管放入金屬棒的孔內(nèi)，然后加工一個一端內(nèi)徑為20mm，外徑為25cm，長度為10mm，另一端內(nèi)徑為 2mm，外徑為5mm，長度為5mm的金屬套筒，將直徑為20mm的帶通濾光片放在內(nèi)徑為20mm的一端，將直徑為2mm的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭插入內(nèi)徑為2mm的另一端，最后將裝有濾光片的金屬套筒套到裝有發(fā)光二極管的金屬棒上，得到發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭；
(5)、傳感器的組裝
將步驟(4)所得的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭中的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為510nm的高通濾光片以濾掉激發(fā)光，最終得一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器。 上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器，包括發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭、氣室、高通濾光片、光電倍增管；其中所述的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭包括發(fā)光二極管、帶通濾光片； 其特征在于所述的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭還包括表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭；其中發(fā)光二極管端面耦合塑料光纖傳感器頭中的發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)端面耦合到表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭上，在光源發(fā)光二極管前加一帶通濾光片，表面涂有含納米金/二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為510nm的高通濾光片；所述的帶通濾光片的中心波長為470nm，帶寬為20nm。
2.一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、塑料光纖的預(yù)處理將塑料光纖用刀片將中間部分剝?nèi)ゼs2cm長的護套，然后將剝?nèi)プo套的光纖用酒精棉球擦干凈，將剝?nèi)プo套的光纖彎成U形；(2)、配制含有納米金和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液①、將體積比為1:3:1 0. 55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、濃度為95%的乙醇、 0. 03mol/l的鹽酸水溶液依次倒入燒瓶中配成溶液A，然后將熒光指示劑MEH-PPV加入溶液中得溶液B ；熒光指示劑MEH-PPV的加入量按其與溶液A的質(zhì)量體積比即熒光指示劑MEH-PPV 溶液 A 為 2-10mg =ImL ；②、將50mL濃度為0.01%的氯金酸乙醇溶液經(jīng)lOOOr/min磁力攪拌，同時加熱至沸騰，迅速加入在50°C水浴中保溫的50ml的濃度為1%的檸檬酸鈉水溶液中，形成溶液C;③、步驟(1)所得的溶液B和( 所得的溶液C混合，在50°C水浴條件下攪拌他，即得到透明的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠-凝膠溶液；(3)、表面涂有含納米金/二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭的制備將步驟(1)中預(yù)處理后的U形塑料光纖插入配制好的溶膠-凝膠溶液中，用提拉法涂上厚度為Imm的含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的溶膠，在室溫涼干即表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭；(4)、將發(fā)光二極管和塑料光纖傳感器頭進行端面耦合將步驟(3)制備好的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭經(jīng)過端面耦合法與帶有濾光片的發(fā)光二極管耦合，具體方法為 首先加工一個外徑為20mm，內(nèi)徑為5mm，長度為5mm的金屬棒，將直徑為5mm的發(fā)光二極管放入金屬棒的孔內(nèi)，然后加工一個一端內(nèi)徑為20mm，外徑為25mm，長度為10mm，另一端內(nèi)徑為2mm，外徑為5mm，長度為5mm的金屬套筒，將直徑為20mm的帶通濾光片放在內(nèi)徑為20mm的一端，將直徑為2mm的表面涂有含納米金/ 二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感器頭插入內(nèi)徑為2mm的另一端，最后將裝有濾光片的金屬套筒套到裝有發(fā)光二極管的金屬棒上，得到發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭； (5)、傳感器的組裝將步驟(4)所得的發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭中的塑料光纖傳感頭放在氣室中，采用光電倍增管接收熒光，在光電倍增管之前放置一個截至波長為510nm的高通濾光片以濾掉激發(fā)光，最終得一種利用納米金/ 二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器，包括發(fā)光二極管端面耦合的塑料光纖傳感器頭、氣室、高通濾光片、光電倍增管，其中所述的發(fā)光二極管端面耦合塑料光纖傳感器頭包括發(fā)光二極管、帶通濾光片及表面涂有含納米金/二氧化硅核殼材料和熒光指示劑MEH-PPV敏感材料的塑料光纖傳感頭。本發(fā)明的納米金/二氧化硅核殼材料表面增強熒光的檢測硝基芳烴類爆炸物傳感器的檢測下限和靈敏度可提高5-10倍。另外，此傳感器具有檢測速度快、工作性能穩(wěn)定、使用壽命長、低成本等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/01GK102495034SQ20111039747
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者初鳳紅 申請人:上海電力學(xué)院