CN105277520B

CN105277520B - 一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用

Info

Publication number: CN105277520B
Application number: CN201510333289.3A
Authority: CN
Inventors: 叶廷秀; 林启凰; 吴兰兰; 罗红元
Original assignee: Xiamen Medical College
Current assignee: Xiamen Medical College
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2018-06-05
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN105277520A

Abstract

本发明公开了一种用溶胶‑凝胶方法同时将可被同一波长激发的两种发光物质固定在传感膜中，其中PtFTPP对氧浓度变化具有灵敏的响应，可作为指示探针，而荧光增白剂BBS对氧无明显响应且光稳定性好，可作为参比物质，构建了一种比率型的氧传感膜，并通过荧光比率检测的方法来进行氧气及溶解氧浓度的检测，灵敏度和准确度高，响应迅速，稳定性好。

Description

一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体涉及一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用。

背景技术

在生物质氧的测定在工业生产、疾病诊断、环境检测等领域均有其重要意义，因此，氧的传感检测技术也随之得到发展。已报道的氧检测方法有滴定法、安培法、化学发光法以及光学氧传感检测法等。其中光学氧传感检测具有测定过程不耗氧、也不受电子干扰等优点，已成功应用于化学、临床和环境等领域。

光学氧传感检测的基本原理是通过测定由于氧的猝灭引起的发光物质发光强度或者发光衰变时间的改变间接测定氧的浓度。从理论上而言，两个参数均可指示氧的浓度变化。然而，在实际检测中，由于受到光信号的干扰以及光稳定性的影响，发光衰变时间是很不敏感的，需用更可靠的信号进行检测，且这些基于寿命测定的技术相对比较昂贵、笨重和费时。因此，研究人员发展了基于发光强度改变的便携式氧传感检测装置。发光传感物质的发光强度除了受待测物浓度变化影响外，还容易受到自身分布均匀度及衰减程度、光源稳定性、测试环境等其他因素的影响而发生变化，这降低了其检测的稳定性、灵敏度及准确度，需要时时进行校正，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种比率型荧光氧传感膜的制备方法包括以下步骤：

1)分别配制2～8mg/mL中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液及4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的四氢呋喃饱和溶液，将两者以体积比10～60∶1的比例混合制得荧光指示液；

2)超声条件下，将四甲氧基硅烷、有机改性剂、0.01mol/L HCl按体积比1∶1.5～2∶1.5混合，，将混合液置于50～80℃水浴恒温搅拌1～3小时，取下层油状液与所述荧光指示液以体积比2～6:1混合，搅拌5～15分钟，制得荧光凝胶液；

3)取所述荧光凝胶液于玻璃基板上成膜，于60～90℃下干燥15-30h，制得所述氧传感膜。

优选的，步骤1)中，所述中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液的浓度是3～6mg/mL，所述中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的四氢呋喃饱和溶液混合的体积比是20～40:1。

优选的，步骤2)中，所述有机改性剂是二甲基二甲氧基硅烷。

优选的，步骤2)中，所述下层油状液与所述荧光指示液以体积比4:1混合。

优选的，所述荧光凝胶液是通过旋涂法、或滴涂法成膜于所述玻璃基板上。

由上述方法制备的比率型荧光氧传感膜，其固定的中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物作为氧敏感探针，4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯作为参比荧光探针。

优选的，所述传感膜的厚度是80～500um。

上述氧传感膜应用于氧浓度检测的方法包括以下步骤：

1)将所述氧传感膜置于不同标准氧浓度的环境中，分别测试中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的荧光强度并计算其比值；

2)根据Stern-Volmer方程(SV)将各荧光强度比值对其相应氧浓度做标准曲线；

3)将氧传感膜置于待测氧浓度环境中，分别测试中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的荧光强度并计算其比值，将比值代入所述标准曲线中，获得所述氧浓度。

优选的，所述氧浓度环境包括氧气或溶解氧。

本发明的有益效果是：

1.采用中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物(PtFTPP)为氧敏感探针、4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯(BBS)为参比荧光探针，两种探针同时固定在单一的溶胶-凝胶膜中，其中PtFTPP具有长的激发寿命且易于激发、高的发光量子产率、可有效被氧猝灭以及长的Stokes位移(100～170nm)等优点，而BBS对氧无无明显响应且光稳定性好，作为参比，以两者的光强比值作为有效指示数据，可排除激发光源的漂移、指示剂的浓度变化及环境条件变化等外界因素的影响，在进行氧浓度检测时灵敏度及准确度高，稳定性好，耐光漂白，克服了单一发光强度检测的不足。

2.通过有机改性溶胶-凝胶过程包埋荧光指示剂并制成薄膜，两种荧光物质分布均匀且结构及性能不发生变化，包埋性能好，不易流失及衰减，性能稳定，使用寿命长；接触比表面积大，响应迅速，检测范围大，氮-氧饱和猝灭比高。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明传感膜于不同氧气浓度的气相中相对荧光强度比的荧光发射光谱图(380～700nm)；

图2为图1中两种荧光指示剂荧光强度比值与氧气含量的线性相关关系图(即标准曲线)；

图3为气相中100％氮气切换到100％氧气的荧光强度变化曲线图；

图4为本发明传感膜于不同氧气浓度的液相中相对荧光强度比的荧光发射光谱图(380～700nm)；

图5为本发明传感膜于不同氧气浓度的气相中相对荧光强度比的荧光发射光谱图(600～700nm)；

图6为图4中两种荧光指示剂荧光强度比值与溶解氧浓度的线性相关关系图(即标准曲线)；

图7为液相中100％氮气切换到100％氧气的荧光强度变化曲线图。

具体实施方式

实施例1

配制4mg/mL中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物(PtFTPP)的四氢呋喃(THF)溶液及4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯(BBS)的四氢呋喃(THF)饱和溶液，将两者以体积比30∶1的比例混合制得荧光指示液；

超声条件下，将四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和0.01mol/L HCl按体积比1∶1.5∶1.5混合，，将混合液置于60℃水浴恒温搅拌2h，取下层油状液与荧光指示液以4∶1混合，搅拌5min获得荧光凝胶液，取荧光凝胶液通过旋涂法、或滴涂法于处理过的玻片上成膜，烘箱中80℃下干燥20h制得氧传感膜。

实施例2

配制2mg/mL中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物(PtFTPP)的四氢呋喃(THF)溶液及4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯(BBS)的四氢呋喃(THF)饱和溶液，将两者以体积比10∶1的比例混合制得荧光指示液；

超声条件下，将四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和0.01mol/L HCl按体积比1∶1.8∶1.5混合，将混合液置于50℃水浴恒温搅拌3h，取下层油状液与荧光指示液以2∶1混合，搅拌10min获得荧光凝胶液，取荧光凝胶液通过旋涂法、浸涂法、滴涂法或提拉法于处理过的玻片上成膜，烘箱中60℃下干燥30h制得氧传感膜。

实施例3

配制8mg/mL中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物(PtFTPP)的四氢呋喃(THF)溶液及4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯(BBS)的四氢呋喃(THF)饱和溶液，将两者以体积比60∶1的比例混合制得荧光指示液；

超声条件下，将四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和0.01mol/L HCl按体积比1∶2∶1.5混合，将混合液置于80℃水浴恒温搅拌1h，取下层油状液与荧光指示液以6∶1混合，搅拌15min获得荧光凝胶液，取荧光凝胶液通过旋涂法、或滴涂法于处理过的玻片上成膜，烘箱中90℃下干燥15h制得氧传感膜。

实施例4

将实施例1制得的氧传感膜放置在石英比色皿中，密封，通入不同氧气体积百分含量(0～8％)的气体，分别测试传感膜荧光强度的变化，所得的荧光谱图如图1所示。图1中，430nm左右处为BBS的荧光峰值，645nm左右为PtFTPP的荧光峰值，随着氧气浓度的升高，作为氧敏感探针的PtFTPP由于氧的猝灭作用其荧光强度减弱，而作为参比探针的BBS荧光强度基本没有变化。BBS和PtFTPP可被同一波长范围的激发光(365nm)激发，以BBS为参比，可消除光源稳定性及其他因素的影响。

根据Stern-Volmer方程，以各氧气浓度下BBS与PtFTPP的荧光强度比值对其相应氧气浓度做标准曲线，如图2所示，在0～8％体积百分含量的氧浓度范围内，其标准曲线为I₀/I＝1.0+1.7[O₂％]，线性相关度(R²)达0.995，灵敏度高。在此检测范围内，将氧传感膜放置在石英比色皿中，密封，通入待测气体，测试两种荧光物质的荧光强度的比值，代入标准曲线中即可获得待测气体的氧浓度。

如图3所示，将氧传感膜于气相中由100％氮气切换到100％氧气的荧光强度变化曲线图，其响应时间是8s，还原时间88s，猝灭比是13，响应快，变化明显，回复性能好，适于重复使用。本发明的氧传感膜应用于氧气浓度的检测，使用寿命达6个月以上。

实施例5

将实施例1制得的氧传感膜放置在石英比色皿中，密封，通入不同溶解氧浓度(0～10.2ppm)的蒸馏水，分别测试传感膜荧光强度的变化。所得的荧光谱图如图4及图5所示，430nm左右处为BBS的荧光峰值，645nm左右为PtFTPP的荧光峰值，随着溶解氧浓度的升高，作为氧敏感探针的PtFTPP由于氧的猝灭作用其荧光强度减弱，而作为参比探针的BBS荧光强度基本没有变化。

根据Stern-Volmer方程，以各溶解氧浓度下BBS与PtFTPP的荧光强度比值对其相应氧气浓度做标准曲线，如图6所示，在0～10.2ppm的溶解氧浓度范围内，其标准曲线为I₀/I＝3+7.8[DO]，线性相关度(R²)达0.995，灵敏度高。在此检测范围内，将氧传感膜放置在石英比色皿中，密封，通入待测液体，测试两种荧光物质的荧光强度的比值，代入标准曲线中即可获得待测液体的溶解氧浓度。

如图7所示，将氧传感膜于液相中由100％氮气切换到100％氧气的荧光强度变化曲线图，其响应时间是150s，还原时间1000s，猝灭比是76，响应快，变化明显，回复性能好，适于重复使用。本发明的氧传感膜应用于溶解氧浓度的检测，其包埋的荧光指示剂不易于扩散入水中，使用寿命达3个月以上。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种比率型荧光氧传感膜的制备及应用，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种比率型荧光氧传感膜应用于氧浓度检测的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备比率型荧光氧传感膜：分别配制2～8mg/mL中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液及4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的四氢呋喃饱和溶液，将两者以体积比10～60∶1的比例混合制得荧光指示液；超声条件下，将四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、0.01mol/L HCl按体积比1∶1.5～2∶1.5混合，将混合液于50～80℃水浴恒温搅拌1～3小时，取下层油状液与所述荧光指示液以体积比2～6:1混合，搅拌5～15分钟，制得荧光凝胶液；取所述荧光凝胶液于玻璃基板上成膜，于60～90℃下干燥15-30h，制得所述氧传感膜；

2)将所述氧传感膜置于不同标准氧浓度的环境中，分别测试中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的荧光强度并计算其比值；

3)根据Stern-Volmer方程将各荧光强度比值对其相应氧浓度做标准曲线；

4)将氧传感膜置于待测氧浓度环境中，分别测试中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的荧光强度并计算其比值，将比值代入所述标准曲线中，获得所述氧浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液的浓度是3～6mg/mL，所述中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物的四氢呋喃溶液和4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯的四氢呋喃饱和溶液混合的体积比是20～40:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述下层油状液与所述荧光指示液以体积比4:1混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述荧光凝胶液是通过旋涂法、或滴涂法成膜于所述玻璃基板上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧传感膜中，所述中位－(五氟苯基)卟啉铂配合物作为氧敏感探针，所述4,4’-二(2-苯并恶唑基)二苯乙烯作为参比荧光探针。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧传感膜的厚度是80～500um。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧浓度环境包括氧气或溶解氧。