一種熒光光纖傳感器的傳感頭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熒光光纖傳感器的傳感頭，為輪形微結(jié)構(gòu)，包括纖芯、包層和空氣孔，所述的纖芯和包層之間通過拉筋進(jìn)行相連，所述的空氣孔內(nèi)壁涂有一層厚度為20nm納米金/甲基丙烯酸甲酯。其制備方法即首先制備納米金/甲基丙烯酸甲酯，然后將納米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到輪形微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔的內(nèi)壁，涂覆完后，控制溫度為50℃烘6h以揮發(fā)掉二氯甲烷溶劑，即得熒光光纖傳感器的傳感頭。該熒光光纖傳感器的傳感頭與同類產(chǎn)品相比，其熒光檢測下限和靈敏度可提高20倍，所需樣品量為nL量級(jí)。
【專利說明】一種熒光光纖傳感器的傳感頭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感頭，特別涉及一種熒光光纖傳感器的傳感頭及其制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]金屬表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)是指金屬納米粒子的強(qiáng)局域表面等離子共振極大的增強(qiáng)了金屬粒子周圍電磁場，進(jìn)而改變了其周圍熒光體的自由空間條件，使熒光體的熒光得到增強(qiáng)的效應(yīng)，在上世紀(jì)70年代由Drexhage首先發(fā)現(xiàn)。該效應(yīng)具有增加熒光體熒光量子產(chǎn)率、增加Forster距離、提高熒光穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。近年來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)成為研究的熱點(diǎn)。
[0003]光纖傳感器具有靈敏度高、體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)末出現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)光纖由于具有許多傳統(tǒng)光纖無法比擬的優(yōu)異特性，近年已成為光纖傳感研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。
[0004]微結(jié)構(gòu)光纖中的微型空氣孔提供了極具優(yōu)勢的傳感通道，它能夠使光纖中倏逝波在較長的距離上作用于被測物質(zhì)。相比于傳統(tǒng)光纖倏逝波傳感器，微結(jié)構(gòu)光纖不需要除去涂覆層和包層，以及傳統(tǒng)光纖為了提高靈敏度對(duì)光纖的纖芯進(jìn)行特殊的處理，以上特性使得微結(jié)構(gòu)光纖倏逝波傳感器具有制作工藝簡單、靈敏度高、所需樣品少(nL-yL)等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)光纖倏逝波熒光傳感器為了提高靈敏度要除去涂覆層和包層等復(fù)雜工藝及傳統(tǒng)光纖倏逝波熒光傳感器所需樣品量大(mL-L)等技術(shù)問題而提供一種熒光光纖傳感器的傳感頭及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種熒光光纖傳感器的傳感頭，為輪形微結(jié)構(gòu)光纖，包括纖芯、包層和空氣孔，所述的纖芯和包層之間通過3根拉筋進(jìn)行相連，所述的空氣孔內(nèi)壁涂有厚度為20nm的納米金/甲基丙烯酸甲酯。
[0007]上述的一種熒光光纖傳感器的傳感頭的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、首先將500ul0.1mM的納米金磷酸鹽緩沖液倒入到2ml的二氯甲烷溶劑中，然后將300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力攪拌器攪拌lmin，將納米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h揮發(fā)掉溶劑，再將Iml的二氯甲烷倒入揮發(fā)掉溶劑的納米金中，溶液呈紅色說明納米金已經(jīng)溶解到了有機(jī)溶劑二氯甲烷中，得到含有納米金的二氯甲烷；
最后將甲基丙烯酸甲酯溶解于該含有納米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的濃度為lmg/ml，即得納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液；
(2)、將2ml的納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，將玻璃瓶放置于密閉的容器中，容器的蓋子中間有一橡膠塞，用注射針頭刺透橡膠塞，將輪形微結(jié)構(gòu)光纖穿過注射針頭的孔放置到裝有納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使輪形微結(jié)構(gòu)光纖的一端端面沒入納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液中，開啟密閉容器鏈接的氮?dú)馄?，將壓力設(shè)置為IOpsi，30秒后即可看到液體從輪形微結(jié)構(gòu)光纖另一端端面的空氣孔中出來，持續(xù)5分鐘，即可將納米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到輪形微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔的內(nèi)壁，涂覆完后，在烘箱中控制溫度為50°C烘6h以揮發(fā)掉二氯甲烷溶劑，即得熒光光纖傳感器的傳感頭。
[0008]上述的一種熒光光纖傳感器的傳感頭，用于檢測硝基芳烴類爆炸物，其與同類產(chǎn)品相比，檢測下限和靈敏度可提高20倍，所需樣品量極少，為nL量級(jí)。
[0009]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種突光光纖傳感器的傳感頭，由于納米金表面增強(qiáng)突光效應(yīng)可以使突光指示劑的熒光強(qiáng)度增加幾十倍甚至更高，并且可以使熒光壽命降低，提高熒光指示劑的光穩(wěn)定性，從而提高檢測的靈敏度和傳感器穩(wěn)定性。
[0010]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種突光光纖傳感器的傳感頭，由于輪形微結(jié)構(gòu)光纖較強(qiáng)的倏逝波場及待測物質(zhì)與倏逝波場較長的相互作用距離，結(jié)合納米金的表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)可以進(jìn)一步提高檢測的靈敏度。與同類產(chǎn)品相比，空氣孔內(nèi)壁涂覆有納米金/甲基丙烯酸甲酯的輪形微結(jié)構(gòu)光纖傳感頭的熒光檢測下限和靈敏度可提高20倍。
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種突光光纖傳感器的傳感頭，由于空氣孔的尺寸為微米量級(jí)，如果用空氣孔直徑為6 ym，長度為16cm的微結(jié)構(gòu)光纖作為傳感頭，所需樣品量只有nL量級(jí)，即減少了所需樣品量。
[0012]綜上所述，本發(fā)明的一種熒光光纖傳感器的傳感頭結(jié)合了金屬表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)和微結(jié)構(gòu)光纖的優(yōu)勢，利用金屬表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)提高熒光光纖傳感器靈敏度和檢測下限，減少所需樣品量的傳感頭。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1、一種突光光纖傳感器的傳感頭的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1
一種熒光光纖傳感器的傳感頭，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，為輪形微結(jié)構(gòu)，包括纖芯1、包層3和空氣孔2，所述的纖芯I和包層3之間通過3根拉筋進(jìn)行相連，所述的空氣孔2內(nèi)壁涂有一層厚度為20nm納米金/甲基丙烯酸甲酯。
[0016]上述的一種熒光光纖傳感器的傳感頭的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、首先將500ul0.1 mM的納米金磷酸鹽緩沖液倒入到2ml的二氯甲烷溶劑中，然后將300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力攪拌器攪拌lmin，將納米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h揮發(fā)掉溶劑，再將Iml的二氯甲烷倒入揮發(fā)掉溶劑的納米金中，溶液呈紅色說明納米金已經(jīng)溶解到了有機(jī)溶劑二氯甲烷中，得到含有納米金的二氯甲烷；
最后將甲基丙烯酸甲酯溶解于該含有納米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的濃度為lmg/ml，即得納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液；
(2)、將2ml上述所得的納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，將玻璃瓶放置于密閉的容器中，容器的蓋子中間有一橡膠塞，用注射針頭刺透橡膠塞，將空氣孔直徑為6 y m，長度為16cm的輪形微結(jié)構(gòu)光纖穿過注射針頭的孔放置到裝有納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使空氣孔直徑為6 iim，長度為16cm的輪形微結(jié)構(gòu)光纖的一端端面沒入納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液，開啟密閉容器鏈接的氮?dú)馄?，將壓力設(shè)置為IOpsi，30秒后即可看到液體從空氣孔直徑為6 u m,長度為16cm的輪形微結(jié)構(gòu)光纖另一端端面的空氣孔中出來，持續(xù)5分鐘，即可將納米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到空氣孔直徑為6 ym，長度為16cm的輪形微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔的內(nèi)壁，涂覆完后，在烘箱中控制溫度為50°C烘6h以揮發(fā)掉二氯甲烷溶劑，即得熒光光纖傳感器的傳感頭。
[0017]應(yīng)用實(shí)施例
將上述實(shí)施例1的一種熒光光纖傳感器的傳感頭用于檢測硝基芳烴類爆炸物，其具體步驟如下:
首先，將對(duì)爆炸物敏感的熒光指示劑涂覆于空氣孔內(nèi)壁；
然后，利用488nm的光作為光源，光源發(fā)出的光端面耦合進(jìn)入熒光光纖傳感器的傳感頭的空氣孔直徑為6 iim，長度為16cm的微結(jié)構(gòu)光纖纖芯中，空氣孔直徑為6 y m，長度為16cm的微結(jié)構(gòu)光纖的另一端放入濃度為6.3ppm爆炸物溶液中，由于毛細(xì)管吸附作用，爆炸物將進(jìn)入空氣孔直徑為6 iim，長度為16cm的微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔中，熒光指示劑在488nm的激發(fā)光將會(huì)產(chǎn)生熒光，熒光強(qiáng)度會(huì)隨著爆炸物濃度的增加而降低，用光譜儀探測熒光強(qiáng)度進(jìn)而進(jìn)行爆炸物濃度檢測。
[0018]其靈敏度和檢測下限分別為Ippm和6.3ppm,上述檢測結(jié)果表明，空氣孔直徑為6 u m,微結(jié)構(gòu)光纖長度為16cm的突光光纖傳感器的傳感頭,所需樣品的體積約為27nL即可達(dá)到很高的靈敏度和含量很低的檢查下限。
[0019]對(duì)照實(shí)施例
將同類產(chǎn)品即普通的單模光纖去除包層后涂覆對(duì)爆炸物敏感的熒光指示劑做為傳感頭用于檢測硝基芳烴類爆炸物，其具體步驟如下:
首先，將該傳感頭放置于63ppm的爆炸物溶液中；
然后，利用488nm的光作為光源，光源發(fā)出的光端面耦合進(jìn)入光纖纖芯中，熒光指示劑在488nm的激發(fā)光將會(huì)產(chǎn)生熒光，熒光強(qiáng)度會(huì)隨著爆炸物濃度的增加而降低，用光譜儀探測熒光強(qiáng)度進(jìn)而進(jìn)行爆炸物濃度檢測。
[0020]其靈敏度和檢測下限分別為IOppm和63ppm，上述檢測結(jié)果表明，普通的單模光纖去除包層后涂覆對(duì)爆炸物敏感的熒光指示劑做為傳感頭，所需樣品的體積約為lmL。
[0021]上述的應(yīng)用實(shí)施例和對(duì)照實(shí)施例進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，本發(fā)明的一種熒光光纖傳感器的傳感頭，與同類產(chǎn)品相比，空氣孔內(nèi)壁涂覆有納米金/甲基丙烯酸甲酯的輪形微結(jié)構(gòu)光纖傳感頭的熒光檢測下限和靈敏度可提高20倍，所需樣品量極少。
[0022]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(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種突光光纖傳感器的傳感頭，為輪形微結(jié)構(gòu)，包括纖芯、包層和空氣孔，纖芯和包層之間通過3根拉筋進(jìn)行相連，其特征在于所述的空氣孔內(nèi)壁涂有厚度為20nm的納米金/甲基丙烯酸甲酯。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熒光光纖傳感器的傳感頭的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟: (1)、首先將500ul0.1 mM的納米金磷酸鹽緩沖液倒入到2ml的二氯甲烷溶劑中，然后將300ul的十二烷基硫醇倒入上述溶液中，用磁力攪拌器攪拌lmin，將納米金用吸管吸出，放置于75°C烘箱中6h揮發(fā)掉溶劑，再將Iml的二氯甲烷倒入揮發(fā)掉溶劑的納米金中，溶液呈紅色說明納米金已經(jīng)溶解到了有機(jī)溶劑二氯甲烷中，得到含有納米金的二氯甲烷； 最后將甲基丙烯酸甲酯溶解于該含有納米金的二氯甲烷中，控制甲基丙烯酸甲酯的濃度為lmg/ml，即得納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液； (2)、將2ml的納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液倒入4ml玻璃瓶中，將玻璃瓶放置于密閉的容器中，容器的蓋子中間有一橡膠塞，用注射針頭刺透橡膠塞，將輪形微結(jié)構(gòu)光纖穿過注射針頭的孔放置到裝有納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液的玻璃瓶中，并使輪形微結(jié)構(gòu)光纖的一端端面沒入納米金/甲基丙烯酸甲酯溶液，開啟密閉容器鏈接的氮?dú)馄浚瑢毫υO(shè)置為IOpsi，30秒后即可看到液體從輪形微結(jié)構(gòu)光纖另一端端面的空氣孔中出來，持續(xù)5分鐘，即可將納米金/甲基丙烯酸甲酯涂覆到輪形微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔的內(nèi)壁，涂覆完后，控制溫度為50°C烘6h，即得熒光光纖傳感器的傳感頭。
3.如權(quán)利要求2所述的一種熒光光纖傳感器的傳感頭的制備方法，其特征在于所述的輪形微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔直徑為6 u m，長度為16cm。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103616362SQ201310647041
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】初鳳紅 申請人:上海電力學(xué)院