CN109238981A - 使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法 - Google Patents

使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法 Download PDF

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郭明
姜超
靳秀
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马少敏
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Abstract

本发明公开了一种使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，将蚕丝蛋白与壳聚糖，采用旋涂的方法制备一维光子晶体薄膜传感器，当传感器接触到环境中不同的有机溶剂蒸汽时便会显示出不同的颜色，从而达到快速检测的目的。本发明具有快速、准确的特点。降低了检测成本，具有较高的应用价值和良好的应用前景。

Description

使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法
技术领域
本发明涉及一种检测有机溶剂的方法，具体说是使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法。
背景技术
在化学化工、装饰装潢及日常生活等众多领域中有机溶剂都是不可缺少的。多数有机溶剂对人有毒害作用，接触过量对人身体健康会产生不良的影响。有机溶剂具有低沸点、易挥发特点，以气体形式存在的有机溶剂更加容易被人体吸入，从而造成伤害。化学滴定法、分光光度法、气相色谱法、液相色谱法及电化学法等是现在比较广泛使用的检测方法，这些方法不仅操作繁琐，而且检测效率低，且成本高，需大型分析仪器，无法实现廉价、快速、方便与直观的检测。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种裸眼检测有机溶剂蒸汽的方法，利用不同有机溶剂蒸汽对蚕丝蛋白、壳聚糖一维光子晶体传感膜响应的差异，得到不同颜色变化，达到区分检测不同有机溶剂的目的。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，包括如下步骤：
(1)一维光子晶体传感器的制备步骤：将硅片切分成均等大小的正方形，硅片在使用前需要进行预处理；再处理后的硅片上首先滴加1mL蚕丝蛋白溶液，利用匀胶旋涂机旋涂后放置于烘箱中干燥，再在蚕丝蛋白层上滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述步骤，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂数次得到一维光子晶体传感器；
(2)不同有机溶剂蒸汽检测步骤：将一维光子晶体传感器分别暴露于甲醇、甲醛、丙酮、氯仿和苯有机溶剂蒸汽环境中，记录下各自颜色变化，并且通过光谱仪检测响应后反射光谱变化，利用颜色变化分辨不同有机溶剂蒸汽。
进一步的，所述均等大小为20*20cm。
进一步的，硅片在使用前需要进行预处理具体为：首先将硅片浸泡在乙醇中超声30min，再将其浸入丙酮中超声30min，最后将其浸泡于硫酸与双氧水混合液中超声2h。
进一步的，硫酸与双氧水混合液为98％硫酸与36％双氧水按体积比3:1配置。
进一步的，所述匀胶旋涂机，速率为4000r/min，时间为1min，以避免所制备传感器颜色不均匀。
更进一步的，所述烘箱中的烘干温度为80℃，温度不易过高，以防止破坏结构，烘干时间10min为宜。
更进一步的，所述的蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂次数为3次，次数不宜过多，否则层与层之间会发生融合，失去光子晶体结构，次数也不宜过少，否则颜色不明显。
更进一步的，所述的暴露于各有机溶剂蒸汽时间10min为佳，否则蒸汽无法完全与传感作用，影响检测准确度。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、本发明制备的一维光子晶体传感器所采用的材料均为纯天然物质，无污染，不会对环境造成危害。
2、本发明所采用的检测传感器大小仅为20*20cm，体积小巧，且方便携带。
3、本发明所采用的检测方式为裸眼检测，通过不同有机溶剂对一维光子晶体传感器响应后的颜色变化来区分不同有机溶剂。
4、本发明所采用的检测方法只需要将一维光子晶体传感器放置于待测环境中10min即可，通过观察颜色变化从而达到检测的目的，无传统方法繁琐的步骤，大大降低了检测时间与成本。
5、本发明所使用的传感器在脱离检测环境后，只需要在氮气氛围下烘干数分钟即可回到最初的状态，可重复使用。
附图说明
图1为一维光子晶体传感器制备示意图；
图2为一维光子晶体传感器实物与反射光谱图；
图3为经溶剂蒸汽响应后一维光子晶体传感器颜色图；
图4为经溶剂蒸汽响应后一维光子晶体传感器反射光谱图；
图5为各溶剂蒸汽响应重现性图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
本实施例提供一种使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，具体包括如下步骤：
1.一维光子晶体传感器的制备步骤：
(1)将硅片切分成大小均等的正方形小块，切分好的硅片首先浸泡在乙醇中超声，后取出晾干，再浸泡在丙酮中超声，后取出用去离子水冲洗，再将冲洗好的硅片浸泡于硫酸与双氧水的混合溶液中超声，然后取出用去离子水清洗，再将其放置于流动氮气的环境中烘干备用。所述均等大小的硅片尺寸为20*20cm。超生时间分别为30min、30min和2h。所述的硫酸与双氧水的混合溶液为98％的浓硫酸与36％双氧水按体积比3:1配置；所述的烘干环境温度为50℃。
(2)使用匀胶机将处理好的硅片吸于其置物台上，第一层滴加蚕丝蛋白溶液，旋涂均匀后第二层低价壳聚糖溶液，交替重复操作，制作六层，制得一维光子晶体传感器。所述的蚕丝蛋白溶液浓度为7％，且需在蚕丝蛋白溶液中滴加一定量戊二醛，配置浓度为0.5％。所述的壳聚糖溶液浓度为1％，且壳聚糖分子量为50万。所述匀胶机，其转数为4000r/min，且匀胶时间1min。所述的匀胶后需在80℃的环境下烘干10min。
2.检测步骤：制备好的一维光子晶体传感器分别置于甲醇、甲醛、丙酮、氯仿和苯的蒸汽环境中，10min后观察一维光子晶体传感器的颜色变化情况，并且使用光谱仪检测反射光谱变化。检测每种气体后，需将一维光子晶体传感器置于80℃的氮气氛围中烘干5min，以确保一维光子晶体传感器回到最初状态，避免影响检测的准确性。
实施案例1
本实施例提供一维光子晶体传感器制备方法：
滴加1mL蚕丝蛋白溶液于处理好的硅片上，以800r/min的转速下匀胶10s，再在4000r/min转速下甩胶1min，甩胶结束后，将其置于80℃氮气氛围下烘干10min，再滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述操作，此循环重复三次，如图1所示，得到6层蚕丝蛋白/壳聚糖一维光子晶体传感器。
实施案例2
本实施例是不同有机溶剂蒸汽响应一维光子晶体：
将一维光子晶体传感器分别置于甲醇、甲醛、丙酮、氯仿和苯的有机溶剂蒸汽环境中10min，观察颜色变化，如图3所示，经过光谱仪检测，测的一维光子晶体传感器在不同有机溶剂下的响应出不同的颜色与波长变化，且二者相一致。如图4所示。
实施案例3
本实施例是一维光子晶体传感器重现性考察：
将甲醇、甲醛、丙酮、氯仿和苯有机溶剂按照实施案例2的方法做重复性实验，每组重复10次，得到折线式重复图，如图5所示，根据重复性实验可观察出，一维光子晶体传感器检测有机溶剂重现性良好。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)一维光子晶体传感器的制备步骤：将硅片切分成均等大小的正方形，硅片在使用前需要进行预处理；再处理后的硅片上首先滴加1mL蚕丝蛋白溶液，利用匀胶旋涂机旋涂后放置于烘箱中干燥，再在蚕丝蛋白层上滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述步骤，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂数次得到一维光子晶体传感器；
(2)不同有机溶剂蒸汽检测步骤：将一维光子晶体传感器分别暴露于甲醇、甲醛、丙酮、氯仿和苯有机溶剂蒸汽环境中，记录下各自颜色变化，并且通过光谱仪检测响应后反射光谱变化，利用颜色变化分辨不同有机溶剂蒸汽。
2.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，所述均等大小为20*20cm。
3.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，硅片在使用前需要进行预处理具体为：首先将硅片浸泡在乙醇中超声30min，再将其浸入丙酮中超声30min，最后将其浸泡于硫酸与双氧水混合液中超声2h。
4.根据权利要求3所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，硫酸与双氧水混合液为98％硫酸与36％双氧水按体积比3:1配置。
5.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，所述匀胶旋涂机，速率为4000r/min，时间为1min。
6.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，所述烘箱中的烘干温度为80℃，烘干时间为10min。
7.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂次数为3次。
8.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器检测有机溶剂的方法，其特征在于，暴露于各个有机溶剂蒸汽时间为10min。
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