一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法技术

本发明专利技术提出一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法，包括：步骤一、制备功能化光纤光栅，所述功能化光纤光栅通过在光纤光栅表面沉积聚多巴胺

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感检测领域，具体涉及一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅具有抗电磁干扰、实时监测功能和机械强度等优点，在光学传感和光通信领域有着广泛的应用。长周期光纤光栅(LPFGs)可以周期性地将来自光纤芯模的光耦合到高阶包层模，产生穿透到光纤包层外部的倏逝波，在化学和生化传感方面具有很大的潜力。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)是石墨烯的重要衍生物，具有与石墨烯相似的性质，因其具有较大的比表面积而备受关注，并可被多种官能团修饰，包括羟基、羧基和羰基。一些研究成果展示了黑磷(BP)、碳纳米管(CNT)和氧化石墨烯(GO)等重金属传感器技术。本专利技术中，使用聚多巴胺对氧化石墨烯进行功能化，提高了氧化石墨烯的吸附性能，在微锥型长周期光纤光栅这一光学器件上实现了对钴离子的高灵敏度检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术，提供一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法，长周期光纤光栅通过制备聚多巴胺
‑
氧化石墨烯材料，对材料进行表征之后沉积在微锥型长周期光纤光栅表面，对钴离子的水分散液进行了检测，装置结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广，实用性较强。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的具体方案如下：一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法，包括如下步骤：步骤一、制备功能化光纤光栅，所述功能化光纤光栅通过在光纤光栅表面沉积聚多巴胺
‑/>氧化石墨烯涂覆层制得；步骤二、将步骤一制备的功能化光纤光栅的一端连接宽带光源，将光纤光栅涂覆有聚多巴胺
‑
氧化石墨烯的栅区部分放置在离子检测池内，将光纤光栅的另一端连接高分辨光谱分析仪；步骤三、向所述离子检测池内滴加钴离子分散液，滴入后的钴离子与光栅栅区表面涂覆的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯材料结合起到改变周围折射率、进而改变光耦合模式的作用，最后通过高分辨光谱分析仪观察到不同浓度、不同种类钴离子分散液引起不同模式耦合下对应的光谱变化，实现对钴离子的光谱检测。
[0005]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，光纤光栅表面沉积的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯涂覆层的厚度为25
‑
100微米。
[0006]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，其中步骤一具体包括以下步骤：（1）制备浓度为0.05
‑
0.2g/L的聚多巴胺分散液；（2）制备浓度为0.5
‑
2 g/L的氧化石墨烯分散液；（3）将步骤（1）制得的聚多巴胺分散液和步骤（2）制得的氧化石墨烯分散液按照体
积比4:6
‑
7:3混合制得聚多巴胺
‑
氧化石墨烯混合分散液；（4）准备长周期光纤光栅，并通过将其依次浸泡在1
‑
3 Mol/L的NaOH溶液和体积比浓度为1%
‑
10%的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷缓冲液中进行硅烷化处理，得到硅烷化长周期光纤光栅；（5）将步骤（3）制得的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯混合分散液滴加在步骤（4）制得的硅烷化长周期光纤光栅的栅区部分，通过光镊效应及热沉积，将聚多巴胺
‑
氧化石墨烯均匀沉积在长周期光纤光栅的栅区表面，在栅区表面涂覆形成聚多巴胺
‑
氧化石墨烯沉积层。
[0007]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述步骤（1）具体包括以下过程：（1）称取盐酸多巴胺5
‑
20 mg；（2）称取1 ml的Tris
‑
HCl，加入99 ml的去离子水之中，溶解得到10 mMol/L的Tris
‑
HCl缓冲液；（3）将步骤（1）所称取的盐酸多巴胺加入步骤（2）制得的Tris
‑
HCl缓冲液中，自反应10小时以上得到浓度为0.05
‑
0.2g/L的聚多巴胺分散液。
[0008]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述步骤（2）具体包括以下过程：（1）称取20
‑
80 mg的氧化石墨烯粉末溶解于40 ml的去离子水之中，并进行搅拌和超声分散；（2）将步骤（1）制得的分散液放入离心管中，离心转速为5000转/分钟，离心一定时间之后取出上清液，制得浓度为0.5
‑
2 g/L的氧化石墨烯分散液。
[0009]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述步骤（4）具体包括以下过程：（1）准备长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅为微锥型长周期光纤光栅；（2）制备浓度在1
‑
3 Mol/L的NaOH溶液，制备体积比浓度为1
‑
10%的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷缓冲液；（3）将所述长周期光纤光栅先浸泡在所述NaOH溶液中1小时，形成表面亲水性的长周期光纤光栅，然后再将其浸泡在所述3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷缓冲液中，得到硅烷化的长周期光纤光栅。
[0010]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述步骤（5）具体包括以下过程：（1）将制得的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯混合分散液滴加在经过硅烷化处理的长周期光纤光栅的栅区部分；（2）滴加过程中通过光镊效应及热沉积，将聚多巴胺
‑
氧化石墨烯均匀沉积在长周期光纤光栅的删区表面，在栅区表面涂覆形成聚多巴胺
‑
氧化石墨烯沉积层。
[0011]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，其中步骤二中，光纤光栅的一端通过普通单模光纤FC跳线头连接宽带光源，光纤光栅的另一端通过普通单模光纤FC跳线头连接高分辨光谱分析仪，所述宽带光源作为泵浦光源工作波长在1527nm
‑
1565nm。
[0012]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述步骤三中的钴离子分散液为浓度在1ppb
‑
107ppb钴离子水分散液。
[0013]进一步的根据本专利技术所述的钴离子检测方法，所述钴离子检测方法对钴离子的最低检出限为0.17 ppb。
[0014]本专利技术的技术方案至少具有以下技术创新和技术效果：（1）本专利技术首创的将聚多巴胺应用于修饰氧化石墨烯，首创的采用多巴胺在弱碱
条件下的自聚合效应，生成聚多巴胺；使用聚多巴胺对氧化石墨烯进行了修饰。聚多巴胺的NH2‑
基团的物质修饰氧化石墨烯，得到改性氧化石墨烯。然后将聚多巴胺改性的氧化石墨烯通过化学键结合的方法沉积在微锥形长周期光纤光栅表面，制得功能化改性的微锥形长周期光纤光栅，并将其首创的作为对钴离子进行检测的光栅元件。
[0015]（2）本专利技术采用氧化石墨烯的上清液与聚多巴胺的溶液，通过混合体积比来制备得到改性的氧化石墨烯。这种方法操作简单，容易实现，并且浓度比都是可以变化的，具有较高的可调控性。
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功能化光纤光栅的钴离子检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制备功能化光纤光栅，所述功能化光纤光栅通过在光纤光栅表面沉积聚多巴胺
‑
氧化石墨烯涂覆层制得；步骤二、将步骤一制备的功能化光纤光栅的一端连接宽带光源，将光纤光栅涂覆有聚多巴胺
‑
氧化石墨烯的栅区部分放置在离子检测池内，将光纤光栅的另一端连接高分辨光谱分析仪；步骤三、向所述离子检测池内滴加钴离子分散液，滴入后的钴离子与光栅栅区表面涂覆的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯材料结合起到改变周围折射率、进而改变光耦合模式的作用，最后通过高分辨光谱分析仪观察到不同浓度、不同种类钴离子分散液引起不同模式耦合下对应的光谱变化，实现对钴离子的光谱检测。2.根据权利要求1所述的钴离子检测方法，其特征在于，光纤光栅表面沉积的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯涂覆层的厚度为25
‑
100微米，优选的为30
‑
60微米。3.根据权利要求1所述的钴离子检测方法，其特征在于，其中步骤一具体包括以下步骤：（1）制备浓度为0.05
‑
0.2g/L的聚多巴胺分散液；（2）制备浓度为0.5
‑
2 g/L的氧化石墨烯分散液；（3）将步骤（1）制得的聚多巴胺分散液和步骤（2）制得的氧化石墨烯分散液按照体积比4:6
‑
7:3混合制得聚多巴胺
‑
氧化石墨烯混合分散液；（4）准备长周期光纤光栅，并通过将其依次浸泡在1
‑
3 Mol/L的NaOH溶液和体积比浓度为1%
‑
10%的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷缓冲液中进行硅烷化处理，得到硅烷化长周期光纤光栅；（5）将步骤（3）制得的聚多巴胺
‑
氧化石墨烯混合分散液滴加在步骤（4）制得的硅烷化长周期光纤光栅的栅区部分，通过光镊效应及热沉积，将聚多巴胺
‑
氧化石墨烯均匀沉积在长周期光纤光栅的栅区表面，在栅区表面涂覆形成聚多巴胺
‑
氧化石墨烯沉积层。4.根据权利要求3所述的钴离子检测方法，其特征在于，所述步骤（1）具体包括以下过程：（1）称取盐酸多巴胺5
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20 mg；（2）称取1 ml的Tris
‑
HCl，加入99 ml的去离子水之中，溶解得到10 mMol/L的Tri...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零一N二一三五，
申请(专利权)人：西安跃亿智产信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：