一种以ITO为基底的铁离子光电传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种以ITO为基底的铁离子光电传感器及其制备方法，属于金属离子检测技术领域。本发明专利技术铁离子光电传感器，包括改性荧光材料和ITO基底两部分。通过对ITO进行修饰，将4甲基伞形酮和壳聚糖改性的异硫氰酸荧光素材料固化在ITO的表面，构建兼具荧光性能和电化学性能的“一体两用”铁离子传感器。结合荧光分析的可视化及电化学分析灵敏快速的优势，利用电极的荧光特性实现对水体铁离子的可视化浓度判定。结果表明，该传感器对Fe

【技术实现步骤摘要】
一种以ITO为基底的铁离子光电传感器及其制备方法
本专利技术属于金属离子检测
，具体涉及一种以ITO为基底的铁离子光电传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着农业化与工业化快速的发展，水体富营养化不断加剧，藻类水华事件发生的频率和幅度也逐渐增加。导致水华发生的大部分藻类都会产生具有毒害作用的藻毒素，水华藻通过产生毒素、改变水体理化特征进而对生态系统和人类健康等多方面造成严重危害。常量元素N、P是水体富营养化的主要控制因子，它们通过影响水体富营养化的进程进而影响藻类的繁殖速率。而随着“铁限制”理论的提出，微量元素铁与藻类增殖关系也成为水华研究的热点。铁在藻类细胞代谢活动中起着至关重要的作用，它通过参与藻类多种代谢活动从而直接影响藻类对其它营养元素(N、P)的吸收利用。因此，金属Fe3+的快速检测有助于进一步研究铁元素与水华藻类生长之间的关系，已成为水资源环境调控和保障人类健康安全的一项重要任务，有利于对水体的水质情况进行实时监控，为水质污染等紧急事件提供预警和数据支持。目前，分析检测铁离子常用的方法主要有分光光度法、原子吸收法、荧光分析法、电感耦合等离子体质谱法、电化学分析法等。这些方法在铁离子分析检测中各有优缺点。例如荧光分析法在可视化分析方面具有较大的优势，且线性动态范围宽、光谱干扰少、多元素检测功能强。但是现有的检测方法均存在着检测速度慢、低浓度灵敏度不高，且检测成本高，便捷度不够的问题。如何提升铁离子检测的速度和灵敏度，降低铁离子检测的检测成本，是目前亟待解决的技术问题。专利技术内容本专利技术结合荧光分析法和电化学分析方法，提供一种铁离子快速可视化检测以及高灵敏度检测的光电传感器及其制备方法，实现铁离子的快速准确检测。为实现上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种以ITO为基底的铁离子光电传感器，包括改性荧光材料和ITO基底。进一步的，所述改性荧光材料的制备方法为：(1)以醋酸为溶剂配制壳聚糖(Chi)溶液，加入乙醇搅拌均匀，得混合液A；(2)向混合液A中加入异硫氰酸荧光素(FITC)溶液，再加入4-甲基伞形酮(4-MU)，室温、避光、搅拌均匀，得混合液B；(3)使用NaOH溶液调节混合液B的pH，出现沉淀后进行离心，得到沉淀物，醋酸溶解后得到改性荧光材料(4MU-Chi-FITC)。进一步的，步骤(1)所述醋酸的质量浓度为1％，配制壳聚糖溶液的浓度为5mg/mL；所述乙醇为无水乙醇，壳聚糖溶液和乙醇溶液的体积比为1:1。进一步的，步骤(2)所述异硫氰酸荧光素溶液的浓度为0.1mg/ml，异硫氰酸荧光素溶液与混合液A的体积比为1:2；所述4-甲基伞形酮的加入量为1.57mg/ml；避光搅拌时间不少于5h。进一步的，步骤(3)NaOH溶液的浓度为0.2mol/L，调节pH值为9-10；离心时间为15min；醋酸的质量浓度为1％。一种以ITO为基底的铁离子光电传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备改性荧光材料：以醋酸为溶剂配制壳聚糖溶液，加入乙醇搅拌均匀，得混合液A；向混合液A中加入异硫氰酸荧光素溶液，再加入4-甲基伞形酮，室温、避光、搅拌均匀，得混合液B；使用NaOH溶液调节混合液B的pH，出现沉淀后进行离心，得到沉淀物，醋酸溶解后即为改性荧光材料；(2)ITO表面固化：将步骤(1)所得荧光溶液滴到ITO上后，喷撒海藻酸钠溶液，待溶液粘稠后，喷CaCl2溶液，晾干成膜后，即得铁离子光电传感器。进一步的，步骤(2)海藻酸钠溶液的浓度为0.8g/L，喷撒2次；CaCl2溶液的浓度为20g/L，喷撒1次。ITO是一种透明的导电薄膜，因具有良好的导电性、宽的电位窗口、价格低廉等特点常被用作基底电极，且ITO已商品化，加工工艺较为成熟，价格低廉，可作为一次性使用电极，在快速分析检测中具有较大优势。电化学分析法具有灵敏度高，选择性好，仪器设备较简单等优点，在铁离子的低浓度灵敏快速分析测定中表现出较好的分析能力。目前多数关于环境中铁离子的荧光检测研究是在溶液中进行的，多数荧光可视分析的选择性较差。为了实现荧光分析法与电化学方法的结合，本专利技术利用壳聚糖及伞形酮结构的香豆素类化合物4MU(结构如图1所示)对荧光溶液进行增强和提高选择性，改性后的材料荧光性好，易成膜且对Fe3+有特异性荧光淬灭，同时使用海藻酸钠和壳聚糖的相互作用将荧光材料固化在ITO电极表面，形成固体荧光探针，同时赋予ITO荧光分析和电化学分析的能力。有益效果本专利技术以水体中铁离子为研究对象，以铁离子的光电快速可视分析为目标，通过对商品化、可一次性使用的ITO进行修饰，将4甲基伞形酮(4-MU)和壳聚糖(Chi)改性的异硫氰酸荧光素(FITC)材料固化在ITO的表面，构建同时兼具荧光性能和电化学性能的“一体两用”铁离子传感器。结合荧光分析的可视化及电化学分析灵敏快速的优势，利用电极的荧光特性实现对水体铁离子的可视化浓度判定，同时，针对低浓度样品，利用ITO传感器的电化学性能实现低浓度离子的高灵敏快速分析。结果表明，该传感器对Fe3+有选择性的荧光识别作用，根据荧光淬灭程度，在10-1～10-7范围内，可以可视化判断铁的浓度。本专利技术Fe离子光电传感器对Fe3+也表现出较好的电化学检测性能，对Fe3+的检测限可低至5nM。附图说明图1为4-甲基伞形酮结构图；图2为本专利技术实施例1和对比例1改性荧光材料荧光效果对比图；图3为本专利技术实施例1和对比例1改性荧光材料与ITO表面成膜效果图；图4为对比例1荧光材料对不同金属离子的猝灭效果图；图5为本专利技术实施例1改性荧光材料对不同金属离子的猝灭效果图；图6为在ITO电极上，不同浓度FeCl3溶液对改性后的FITC的猝灭效果；图7为本专利技术实施例1，4MU-Chi-FITC/ITO对不同浓度铁的电化学响应图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但不限于此。实施例1一种以ITO为基底的铁离子光电传感器，包括改性荧光材料和ITO基底。具体制备方法为：实验所用荧光材料为异硫氰酸荧光素(FITC)，配制浓度为0.1mg/ml的FITC溶液。以1％醋酸为溶剂配制5mg/mL壳聚糖溶液，取5mg/ml壳聚糖溶液10ml，加入10mL无水乙醇，搅拌混合。往混合溶液中加入10ml0.1mg/mLFITC，加入0.0473g4-甲基伞形酮，室温、避光、搅拌5h。用0.2mol/LNaOH调至pH9～10，离心15min得沉淀物，用质量浓度为1％醋酸溶解后得到4-MU改性FITC荧光素(4MU-Chi-FITC)。荧光材料在ITO表面固化过程：4MU-Chi-FITC荧光溶液滴到ITO上后，用喷壶喷0.8g/L海藻酸钠溶液2次，待溶液粘稠后，喷20g/LCaCl2溶液1次作为交联剂，晾干成膜，得到本实施例铁离子光电传感器。对比例1实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以ITO为基底的铁离子光电传感器，其特征在于，包括改性荧光材料和ITO基底。/n

【技术特征摘要】
1.一种以ITO为基底的铁离子光电传感器，其特征在于，包括改性荧光材料和ITO基底。


2.根据权利要求1所述以ITO为基底的铁离子光电传感器，其特征在于，所述改性荧光材料的制备方法为：
(1)以醋酸为溶剂配制壳聚糖溶液，加入乙醇搅拌均匀，得混合液A；
(2)向混合液A中加入异硫氰酸荧光素溶液，再加入4-甲基伞形酮，室温、避光、搅拌均匀，得混合液B；
(3)使用NaOH溶液调节混合液B的pH，出现沉淀后进行离心，得到沉淀物，用醋酸溶解后，即为改性荧光材料。


3.根据权利要求2所述以ITO为基底的铁离子光电传感器，其特征在于，步骤(1)所述醋酸的质量浓度为1％，配制壳聚糖溶液的浓度为5mg/mL；所述乙醇为无水乙醇，壳聚糖溶液和乙醇溶液的体积比为1:1。


4.根据权利要求2所述以ITO为基底的铁离子光电传感器，其特征在于，步骤(2)所述异硫氰酸荧光素溶液的浓度为0.1mg/ml，异硫氰酸荧光素溶液与混合液A的体积比为1:2；所述4-甲基伞形酮的加入量为1.57mg/ml；避光搅拌时间不...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪萍，白振钰，宋兴良，刘昊，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东;37