CN105651797B - 一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，采用以下步骤制备而成：制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在模板的表面沉积一层金膜；对沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理，从而制得二维金纳米阵列；将氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入到二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离、水洗后，制得用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器。本发明能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。

Description

一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器
技术领域
本发明涉及可视化传感器领域，尤其涉及一种用于检测氢氟酸(即HF酸)浓度的高衍射强度可视化传感器。
背景技术
HF酸是一种具有强腐蚀性的无机酸，对衣物、皮肤、眼睛、呼吸道、消化道粘膜均有强烈的刺激性和腐蚀性。HF酸中的氟离子进入血液后，会与血液中的钙离子、镁离子结合，生成难溶于水的氟化钙和氟化镁，如果氟化钙或氟化镁达到一定数量，那么会堵塞血管；如果高浓度的HF酸与皮肤接触，那么会引起严重的皮肤和深部组织损害(例如：全身性低血钙、氟中毒、局部组织坏死、骨脱钙、呼吸困难等)，甚至会导致死亡，因此对HF酸的浓度进行快速、灵敏、准确地测定对人体健康具有重大意义。
目前，对HF酸浓度进行检测的方法主要有氟离子选择电极法、核磁共振法、氟试剂分光光度法、流动注射光度法、气相色谱法、离子色谱法等，但这些检测方法不仅需要昂贵的设备，而且分析过程较为复杂，需要经过专业培训的人员才能进行仪器操作和分析，此外这些检测方法还无法实现对HF酸浓度的实时在线检测，因此如何简单、经济、快速、实时地对HF酸浓度进行检测成为亟待解决的难题。
近年来，胶体晶体/智能水凝胶复合传感器是传感器研发的新型热门领域。胶体晶体是由次微米或者微米尺寸的胶体球(次微米或者微米尺寸的胶体球通常称为胶体微球)自组装而成的有序结构。水凝胶是一种含有大量溶剂的亲水性高分子三维网络，它在水中溶胀但不溶解。根据水凝胶对外界刺激响应情况的不同，水凝胶可分为普通水凝胶和智能水凝胶；普通水凝胶的溶胀率不随外界条件的变化而变化；智能水凝胶能感知外界环境细微的物理变化或化学变化(例如：pH值、温度、压力、电场、磁场、离子强度、紫外光、可见光、特异化学物质等的变化)，并通过体积的溶胀或收缩来响应这些外界刺激，因此也称为环境敏感型水凝胶。将胶体晶体与智能水凝胶复合后，当智能水凝胶感知到外界物质刺激时，智能水凝胶感的体积会迅速膨胀或收缩，这会使胶体晶体的胶体微球间距发生改变，而胶体晶体的光学性质(或颜色)会随着胶体微球间距的变化而呈现相应的变化，从而就可以形成胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器；如果将胶体晶体呈现相应变化的衍射光波调制到可见光区，那么该传感器对外界刺激的变化，就可以直接通过宏观颜色的改变呈现出来，从而就可以形成可视化传感器。但在现有技术中，由于胶体晶体的胶体微球反射率很低，因此胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器对可见光的衍射强度也非常低，只有借助铝镜、金镜、银镜等高反射镜，才能获得相应的光学响应表征，这使得胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器在实际应用方面受到很大的局限。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，采用以下步骤制备而成：
步骤A、制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为10～40nm的金膜；
步骤B、对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理，以去除单层胶体晶体阵列，从而制得二维金纳米阵列；
步骤C、将氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入所述的二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离、水洗后，从而制得二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料；将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料直接作为用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器。
优选地，所述氢氟酸敏感性水凝胶的反应液采用以下方法制备而成：
步骤C1、按照第一组分﹕二甲基亚砜＝0.30～0.33g﹕1mL的比例，将第一组分溶于二甲基亚砜中，从而制得光引发剂溶液；其中，第一组分为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮；
步骤C2、按照丙烯酰胺﹕水﹕3-丙烯酰胺基苯硼酸﹕二甲基亚砜﹕N，N-亚甲基双丙烯酰胺﹕光引发剂溶液＝0.35～0.40g﹕2mL﹕0.05～0.1g﹕200～210μL﹕0.008～0.010g﹕35～40μL的比例，将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。
优选地，所述的将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合包括：将丙烯酰胺溶于水中，从而制得丙烯酰胺水溶液；将3-丙烯酰胺基苯硼酸溶于二甲基亚砜中，从而制得第一反应液；将所述的丙烯酰胺水溶液与所述的第一反应液混合，并搅拌均匀，从而制得第二反应液；将所述的第二反应液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及步骤C1制得的光引发剂溶液混合。
优选地，所述的制备单层胶体晶体阵列包括：在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列，并将该玻璃基底连同单层胶体晶体阵列一起倾斜浸入水中；所述的单层胶体晶体阵列脱离玻璃基底，并漂浮在水面上；再采用耐热基底将漂浮在水面上的单层胶体晶体阵列捞起，从而制得耐热基底上的单层胶体晶体阵列。
优选地，所述的在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列包括以下步骤：
步骤A1、将玻璃基底依次放入丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的玻璃基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的玻璃基底；
步骤A2、将步骤A1处理后的玻璃基底放入胶体微球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述玻璃基底上合成单层胶体晶体阵列。
优选地，所述的胶体微球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取胶体微球直径为350～1000nm的胶体微球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的胶体微球乙醇稀释液。
优选地，所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
优选地，所述的对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理包括：将上述沉积有金膜的模板放入管式炉中，并在900℃空气气氛下加热退火2小时，基质上的单层胶体晶体阵列受热分解，而基质上的金膜会熔化、融合、原位凝固，从而形成周期性的二维金纳米阵列。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器采用了将二维金纳米阵列与智能水凝胶复合的形式，由于金对光谱具有良好的敏感性和较高的衍射强度，因此本发明所提供的可视化传感器对光谱也具有良好的敏感性和较高的衍射强度，从而可以在不借助高反射镜的条件下获得强烈的衍射信号。同时，本发明所提供的可视化传感器采用了对HF酸敏感的3-丙烯酰胺基苯硼酸来制备智能水凝胶，从而可以使制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料对HF酸具有良好的敏感性；当将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料作为可视化传感器对HF酸浓度进行检测时，其智能水凝胶一旦感知到HF酸浓度的改变，体积就会迅速膨胀或收缩，这会使金纳米颗粒之间的间距发生改变，而金纳米颗粒的光学性质(或颜色)会随着金纳米颗粒之间间距的变化而呈现相应的变化，并且这种变化可以直接通过宏观颜色的改变呈现出来，从而就可以实现对HF酸浓度检测的可视化传感器。由此可见，本发明实施例所提供的可视化传感器能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为采用Sirion 200场发射扫描电子显微镜分别对本发明实施例1中步骤c制得的聚苯乙烯胶体晶体阵列、步骤e制得的二维金纳米阵列以及步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料进行拍摄而得到的扫描电子显微镜照片。
图2为采用PhiLips X’Pert型X-射线衍射仪对本发明实施例1中步骤e制得的二维金纳米阵列进行检测，从而获得的X-射线衍射图谱(XRD图谱)。
图3为利用Idea Optics PG2000-Pro-EX Spectrometer和R1-A-UV支架对本发明实施例1中步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料经不同浓度HF酸浸泡后置于有机玻璃基质上进行衍射光谱测试，从而获得的衍射图谱。
图4为本发明实施例1中步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料在HF酸和水之间循环进行光谱测试，从而得到的波长随循环次数变化的示意图。
图5为本发明实施例1中步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料置于HF酸中浸泡3个月后，再置于有机玻璃上进行衍射光谱测试，从而得到衍射光谱图。
图6为本发明实施例所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器详细描述。
一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，采用以下步骤制备而成：
步骤A、制备单层胶体晶体阵列(例如：该胶体晶体阵列可以为聚苯乙烯胶体晶体阵列或聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体阵列)，并以该胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为30～50nm的金膜。其中，所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
具体地，所述的制备胶体晶体阵列可以包括以下步骤：
步骤A1、将玻璃基底依次放入丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，每种液体中都超声清洗40min，再对清洗后的玻璃基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的玻璃基底。
步骤A2、将步骤A1处理后的玻璃基底放入胶体微球乙醇稀释液(例如：该胶体微球可以采用聚苯乙烯胶体微球或聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球)，并采用气-液界面自组装方法在所述玻璃基底上合成单层胶体晶体阵列。在实际应用中，取胶体微球直径为350～1000nm的胶体微球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而即可制得分散均匀的胶体微球乙醇稀释液；所述的胶体微球悬浮液可以采用通过商业手段购买的聚苯乙烯胶体微球悬浮液或聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球悬浮液。
步骤A3、当在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列后，将玻璃基底连同单层胶体晶体阵列一起倾斜浸入水(该水中可以加入少量十二烷基磺酸钠)中；所述的单层胶体晶体阵列脱离玻璃基底，并漂浮在水面上；再采用耐热的基底(例如二氧化硅片)将漂浮在水面上的单层胶体晶体阵列捞起，晾干，从而制得耐热基底上的二氧化硅基单层胶体晶体阵列。
步骤B、对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理，以去除单层胶体晶体阵列，从而制得二维金纳米阵列。
具体地，所述的对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理可以包括：将上述沉积有金膜的模板放入管式炉中，并在900℃空气气氛下加热退火2小时，单层胶体晶体阵列受热分解，而基底上的金膜会熔化、融合、原位凝固，从而形成周期性的二维金纳米阵列。
步骤C、将氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入所述的二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离、水洗后，从而制得二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料；该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料可以直接作为用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，将该可视化传感器浸泡在待测液体中12小时，再进行光谱测试，即可实现对待测液体的氢氟酸浓度进行检测。
具体地，所述氢氟酸敏感性水凝胶的反应液采用以下方法制备而成：
步骤C1、按照第一组分﹕二甲基亚砜＝0.30～0.33g﹕1ml的比例，将第一组分溶于二甲基亚砜中，从而制得光引发剂水溶液；其中，第一组分为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮。
步骤C2、按照丙烯酰胺﹕水﹕3-丙烯酰胺基苯硼酸﹕二甲基亚砜﹕N，N-亚甲基双丙烯酰胺﹕光引发剂溶液＝0.35～0.40g﹕2mL﹕0.05～0.1g﹕200～210μL﹕0.008～0.010g﹕35～40μL的比例，将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。在实际应用中，所述的将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合包括：先将丙烯酰胺溶于水中，从而制得丙烯酰胺水溶液；同时将3-丙烯酰胺基苯硼酸溶于二甲基亚砜中，从而制得第一反应液；然后将所述的丙烯酰胺水溶液与所述的第一反应液混合，并搅拌均匀，从而制得第二反应液；再将所述的第二反应液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺和所述的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，即可制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。
与现有技术相比，本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器至少具有以下有益效果：
第一，在现有技术中，胶体晶体/智能水凝胶复合传感器的胶体微球反射率低，因此只有借助铝镜、金镜、银镜等高反射镜才能获得明显的衍射信号；而本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器采用了将二维金纳米阵列与智能水凝胶复合的形式，由于金对光具有良好的敏感性和较高的衍射强度，因此本发明所提供的可视化传感器对光也具有良好的敏感性和较高的衍射强度，从而就可以在不借助高反射镜的条件下获得强烈的衍射信号。
第二，在本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器中，智能水凝胶的反应液采用了对HF酸敏感的3-丙烯酰胺基苯硼酸，从而使制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料对HF酸具有良好的敏感性。当将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料作为可视化传感器进行检测时，其智能水凝胶一旦感知到HF酸，体积就会迅速膨胀或收缩，这会使金纳米颗粒之间的间距发生改变，而金纳米颗粒的光学性质(或颜色)会随着金纳米颗粒之间间距的变化而呈现相应的变化，并且这种变化可以直接通过宏观颜色的改变呈现出来，从而就可以实现对HF酸浓度检测的可视化传感器。
第三，本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器对HF酸具有良好的敏感性，随着HF酸浓度的增大，衍射峰会发生移动，衍射色也会随着变化。这说明采用本发明所提供的高衍射强度可视化传感器可以实现对氢氟酸浓度进行可视化探测，工序简单、操作方便、成本低廉，具有重要的实用价值。
第四，本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器可以重复使用，这有助于降低使用成本和实际推广应用。
第五，本发明所提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器仅需实验室常用的普通设备就可以制备，无需购买专用设备，而且制备工序简单、容易操作。
综上可见，本发明实施例能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明提供的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器进行详细描述。
实施例1
如图6所示，一种用于检测氢氟酸浓度的可视化传感器，采用以下步骤制备而成：
步骤a、将载玻片依次放入丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，每种液体中都超声清洗40min，再对清洗后的载玻片放入烘箱进行烘干处理，烘干温度为70℃，烘干时间为20min；待载玻片上的水分完全蒸发后，将载玻片放置于紫外臭氧清洗机中辐照30min，从而获得表面亲水的载玻片。
步骤b、取400微升直径为500nm的聚苯乙烯胶体微球悬浮液(2.5wt.％)，并与乙醇等体积混合，再进行10min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体微球乙醇稀释液；将步骤a处理后的载玻片1放入聚苯乙烯胶体微球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述载玻片上合成单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
步骤c、将步骤b中合成的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列连同载玻片一起缓缓倾斜浸入水中，单层聚苯乙烯胶体晶体阵列由于受到液面表面张力作用而整体脱离载玻片，并漂浮在水面上；再采用一片洁净的二氧化硅片将漂浮在水面上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列捞起，晾干，即可制得有序单层的二氧化硅基单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
步骤d、以步骤c制得的二氧化硅基单层聚苯乙烯胶体晶体阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法(磁控溅射沉积的处理电流为20mA，磁控溅射沉积的处理时间为3min，磁控溅射沉积中所使用的金靶材的含金量99.99％)在所述模板的表面沉积一层厚度为10～40nm的金膜。
步骤e、将上述沉积有金膜的模板放入管式炉中，并在900℃空气气氛下加热退火2小时，二氧化硅基上的单层胶体晶体阵列受热分解，而二氧化硅基上的金膜会熔化、融合、原位凝固，从而制得周期性的二氧化硅基二维金纳米阵列。
步骤f、按照第一组分﹕二甲基亚砜＝0.33g﹕1ml的比例，将第一组分溶于二甲基亚砜中，从而制得光引发剂溶液；其中，第一组分为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮。
步骤g、按照丙烯酰胺﹕水﹕3-丙烯酰胺基苯硼酸﹕二甲基亚砜﹕N，N-亚甲基双丙烯酰胺﹕光引发剂溶液＝0.35g﹕2ml﹕0.1g﹕200μL﹕0.008g﹕35μL的比例，先将丙烯酰胺溶于水中制得丙烯酰胺水溶液，同时将3-丙烯酰胺基苯硼酸溶于二甲基亚砜中制得第一反应液，然后将所述丙烯酰胺水溶液与所述第一反应液混合均匀制得第二反应液，再将所述第二反应液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及步骤f制得的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，即可制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。
步骤h、将步骤g制得的氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入步骤e制得的二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行30min的光聚合处理(光聚合处理满足：紫外灯波长为365nm，功率为16W)，再经过剥离、水洗后，即可制得对氢氟酸敏感的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料；将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料直接作为用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器。
进一步地，在按照上述本发明实施例1的步骤制备二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料的过程中，分别进行光谱测量和光学照片拍摄，具体检测结果如下：
(1)采用Sirion 200场发射扫描电子显微镜分别对本发明实施例1中步骤c制得的二氧化硅基单层聚苯乙烯胶体晶体阵列、步骤e制得的二氧化硅基二维金纳米阵列以及步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料进行观察，并拍摄如图1所示的扫描电子显微镜照片(SEM图像)；其中，图1a为本发明实施例1中步骤c制得的二氧化硅基单层聚苯乙烯胶体晶体阵列的低倍俯视SEM图像，图1b为本发明实施例1中步骤e制得的二氧化硅基二维金纳米阵列的SEM图像，图1c为本发明实施例1中步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料的SEM图像。由如图1a所示的SEM图像可以看出：二氧化硅基单层聚苯乙烯胶体晶体阵列具有良好的有序性；由如图1b和图1c所示的SEM图像可以看出：二氧化硅基二维金纳米阵列具有良好的周期性，平均粒径约为200nm，周期间距为500nm，并且二氧化硅基二维金纳米阵列这一结构可以很好地转移到智能水凝胶上。
(2)采用Philips X’Pert型X-射线衍射仪对本发明实施例1中步骤e制得的二氧化硅基二维金纳米阵列(周期间距为500nm)进行测试，从而得到如图2所示的X-射线衍射图谱(XRD图谱)；其中，图2的纵坐标为Intensity(即相对衍射强度)，图2的横坐标为2θ(即衍射角)，单位为degree(即度)。由图2所示的X-射线衍射图谱可以看出：本发明实施例1中步骤e制得的产物所有X-射线衍射峰的峰位与金(Au：no.04-0784)标准JCPDS(Joint Committeeon Powder Diffraction Standards，粉末衍射标准联合委员会)卡片相一致，这说明本发明实施例1中步骤e制得的产物为金纳米颗粒。
(3)将本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料分别置于不同浓度的HF酸中，浸泡12小时，再置于有机玻璃基质上利用Idea Optics PG2000-Pro-EX Spectrometer和R1-A-UV支架进行衍射光谱测试，从而得到如图3所示的不同浓度HF酸的衍射光谱示意图；其中，图3的横坐标为Wavelength(即波长)，单位为nm(即纳米)，图3的纵坐标为Intensity(即强度)。由图3所述的衍射光谱可以看出：衍射信号显著，随着HF酸浓度的增大，衍射峰先发生红移，当HF酸浓度到达0.0563M之后，随着HF酸浓度的继续增大，衍射峰又发生蓝移；这说明本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料对HF酸具有灵敏的响应，可以作为用于对HF酸浓度进行检测的可视化传感器。此外，在进行衍射光谱测试期间，还伴随着一系列肉眼可辨的颜色变化，随着HF酸浓度的增大，该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料的颜色由蓝色经黄色向红色转变，之后变为黑色(超出可见光的范围)；由此可见，本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料可以实现对HF酸浓度进行可视化探测。
(4)将本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料置于0.0086M的HF酸中进行光谱测试，然后再置于水中进行光谱测试，如此循环测试，从而得到如图4所示的波长随循环次数变化的示意图；其中，图4的横坐标为Cycles(即循环次数)，图4的纵坐标为Wavelength(即波长)，单位为nm(即纳米)。由图4可以看出：在对HF酸和水循环测试的过程中，检测的波长几乎未发生改变，因此本发明实施例1步骤h所制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料在作为可视化传感器对HF酸浓度进行检测时，具有良好的重复利用性。
(5)将本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料置于0.2812M的HF酸中浸泡3个月后，置于有机玻璃上进行衍射光谱测试，从而得到如图5所示的3个月后衍射光谱图；其中，图5的横坐标为Wavelength(即波长)，单位为nm(即纳米)，图5的纵坐标为Intensity(即强度)。由图5可以看出：本发明实施例1步骤h制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料在HF酸中浸泡3个月之后仍能检测出明显的衍射信号，这说明本发明实施例1所制得的二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料具有良好的稳定性，可以长时间作为可视化传感器对HF酸浓度进行检测。
综上可见，本发明实施例能够在不借助高反射镜的条件下测得HF酸的强烈衍射信号，从而可以实时地对HF酸的浓度进行快速检测，而且该可视化传感器的制备工序简单、成本低廉、容易操作，适合实际工业应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，采用以下步骤制备而成：
步骤A、制备耐热基底上的单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为10～40nm的金膜；
步骤B、对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理，以去除单层胶体晶体阵列，从而制得二维金纳米阵列；
步骤C、将氢氟酸敏感性水凝胶的反应液注入所述的二维金纳米阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离、水洗后，从而制得二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料；将该二维金纳米阵列/智能水凝胶复合材料直接作为用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器。
2.根据权利要求1所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述氢氟酸敏感性水凝胶的反应液采用以下方法制备而成：
步骤C1、按照第一组分﹕二甲基亚砜＝0.30～0.33g﹕1ml的比例，将第一组分溶于二甲基亚砜中，从而制得光引发剂溶液；其中，第一组分为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮；
步骤C2、按照丙烯酰胺﹕水﹕3-丙烯酰胺基苯硼酸﹕二甲基亚砜﹕N，N-亚甲基双丙烯酰胺﹕光引发剂溶液＝0.35～0.40g﹕2ml﹕0.05～0.1g﹕200～210μL﹕0.008～0.010g﹕35～40μL的比例，将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合，搅拌均匀后，制得氢氟酸敏感性水凝胶的反应液。
3.根据权利要求2所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的将丙烯酰胺、水、3-丙烯酰胺基苯硼酸、二甲基亚砜、N，N-亚甲基双丙烯酰胺与步骤C1制得的光引发剂溶液混合包括：将丙烯酰胺溶于水中，从而制得丙烯酰胺水溶液；将3-丙烯酰胺基苯硼酸溶于二甲基亚砜中，从而制得第一反应液；将所述的丙烯酰胺水溶液与所述的第一反应液混合，并搅拌均匀，从而制得第二反应液；将所述的第二反应液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及步骤C1制得的光引发剂溶液混合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的制备单层胶体晶体阵列包括：
在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列，并将该玻璃基底连同单层胶体晶体阵列一起倾斜浸入水中；所述的单层胶体晶体阵列脱离玻璃基底，并漂浮在水面上；再采用耐热基底将漂浮在水面上的单层胶体晶体阵列捞起，从而制得耐热基底上的单层胶体晶体阵列。
5.根据权利要求4所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的在玻璃基底上制得单层胶体晶体阵列包括以下步骤：
步骤A1、将玻璃基底依次放入丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的玻璃基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的玻璃基底；
步骤A2、将步骤A1处理后的玻璃基底放入胶体微球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述玻璃基底上合成单层胶体晶体阵列。
6.根据权利要求5所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的胶体微球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取胶体微球直径为350～1000nm的胶体微球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的胶体微球乙醇稀释液。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于检测氢氟酸浓度的高衍射强度可视化传感器，其特征在于，所述的对上述沉积有金膜的模板进行热分解及退火处理包括：
将上述沉积有金膜的模板放入管式炉中，并在900℃空气气氛下加热退火2小时，基质上的单层胶体晶体阵列受热分解，而基质上的金膜会熔化、融合、原位凝固，从而形成周期性的二维金纳米阵列。
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