一种凝胶基pH传感器及其制备方法技术

一种凝胶基pH传感器及其制备方法，属于智能高分子和传感器技术领域，其中所述pH传感器是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料；其制备步骤包括：配制聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)微球悬浮液；将微球悬浮液添加到聚乙烯醇水溶液中交联、凝胶化，所得凝胶膜浸入刚果红中浸泡、碱处理、洗涤，即得产品。本发明专利技术提供的凝胶基pH传感器兼具了吸光度响应和颜色响应的特性，能够实现pH值的可视化简单测量和精确测量，能够显著提升pH凝胶传感器的使用灵活性和应用领域。

Gel based pH sensor and preparation method thereof

A gel based pH sensor and a preparation method thereof, and belongs to the technical field of intelligent polymer sensor, wherein the sensor is pH matrix, supported by polyvinyl alcohol gel embedded with a poly (acrylamide / methacrylate) Gel Microspheres and solid composite containing Congo red; the preparation method comprises the following steps: preparing poly (acrylamide / methacrylate) microspheres suspension; adding microsphere suspension into aqueous solution of polyvinyl alcohol crosslinked, gel, the gel film was immersed in Congo red soaking, alkali treatment, washing, namely the product. Gel based pH sensor provided by the invention has the characteristic absorbance response and color response, can achieve the pH value of visual simple measurement and accurate measurement, can significantly enhance the flexibility of use and application of pH gel sensor.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于智能高分子和传感器
，其中所述pH传感器是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料；其制备步骤包括：配制聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)微球悬浮液；将微球悬浮液添加到聚乙烯醇水溶液中交联、凝胶化，所得凝胶膜浸入刚果红中浸泡、碱处理、洗涤，即得产品。本专利技术提供的凝胶基pH传感器兼具了吸光度响应和颜色响应的特性，能够实现pH值的可视化简单测量和精确测量，能够显著提升pH凝胶传感器的使用灵活性和应用领域。【专利说明】
本专利技术属于智能高分子和传感器
，具体涉及一种新型的凝胶基PH传感器，同时还涉及该pH传感器的制备方法。
技术介绍
pH值的准确和快速测量在工农业生产、医药卫生以及环境分析等领域均具有重要作用，例如，许多生化反应和制药过程在恒定或很窄的PH值范围内进行最为有效，对水质PH值的监测是环境监测中的基础监测项目。传统的电化学pH传感器如玻璃电极尽管具有可靠性高、再现性好等特点，也存在信号易受电磁干扰、机械强度差、长期使用时信号发生漂移及难以微型化等缺陷，限制了其在生理卫生、高酸碱环境以及连续在线监测等方面的应用。近年来，人们利用响应性凝胶的体积胀缩特性开发了一系列凝胶基pH传感器，结合电学、光学、声学、力学等检测手段，实现了对外界酸碱刺激信号的检测。其中，结合光学测量的凝胶基PH传感器具有体积小、无污染、不带电、抗电磁干扰能力强等优点，因而在各类化学反应、工业生产、环境监测、生物医学领域以及矿井、武器试验场、有毒物质污染区等危险场合的遥测遥控方面，都有广阔的应用前景。然而，现有的凝胶基PH传感器在检测范围和灵敏度方面仍存在技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种新型凝胶基pH传感器以及该pH传感器的制备方法。基于上述目的，本专利技术采取了如下技术方案:一种凝胶基pH传感器，其特征在于，所述PH传感器是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)(P (AM/MAA))凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料。所述聚乙烯醇与聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的质量比为8?20:1。所述聚乙烯醇的分子量为10000?100000，醇解度为88%?99%。所述复合材料中添加有戊二醛交联剂，戊二醛用量为聚乙烯醇质量的0.5%?3.0%。所述凝胶基pH传感器的制备方法，包括以下步骤: (1)将聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球分散于无水乙醇中得到聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球悬浮液； (2)将步骤(I)的悬浮液添加到聚乙烯醇水溶液中搅拌均匀，加入戊二醛并加酸调节pH值为I?4，然后倒入模具中凝胶化0.5?2h，得到固载有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的聚乙烯醇凝胶膜； (3)将步骤(2)所得凝胶膜浸入刚果红水溶液中浸泡10?30h，取出后用pH值=9?14的碱液浸泡0.5?lh，取出、洗涤，即得产品。所述刚果红水溶液的浓度为I?500 μ g/mL。所述碱为氢氧化钠,所述酸为盐酸。所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为2%?12%。聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球悬浮液的质量浓度为0.5%?10%。制备聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球时，单体丙烯酰胺与甲基丙烯酸的摩尔比为9:1?1: 9，引发剂为偶氮二异丁腈，交联剂为亚甲基双丙烯酰胺。以聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)为代表的聚合物在高pH环境中会发生溶胀，而在低PH环境中体积则会收缩，能够表现出显著的pH响应性。聚乙烯醇(PVA)具有较好的机械强度和生物惰性，亲水性强、耐酸碱，且在可见光区没有吸收。本专利技术将具有酸碱敏感性的P(AM/MAA)凝胶微球和pH指示剂固载于聚乙烯醇中，利用两者在550?800nm波长范围内吸光度的叠加效应，扩展了 PH值的测量范围，增强了传感器对pH值响应的灵敏度。此外，该凝胶基PH传感器兼具了吸光度响应和颜色响应的特性，能够实现pH值的可视化简单测量和精确测量，显著提升了 PH凝胶传感器的使用灵活性和应用领域。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1中P(AM/MAA)凝胶微球的扫描电镜照片； 图2是实施例1制得的凝胶传感器产品在不同pH值溶液中的数码照片； 图3是实施例1制得的凝胶传感器产品在不同pH溶液中的可见光吸收光谱； 图4是实施例2中P(AMZMAA)凝胶微球的扫描电镜照片； 图5是实施例2制得的凝胶传感器产品在不同pH值溶液中的数码照片； 图6是实施例2制得的凝胶传感器产品在不同pH溶液中的可见光吸收光谱； 图7是实施例1和2的凝胶传感器的吸光度(@600nm)随pH值的变化曲线； 图8是实施例3所得凝胶传感器在不同pH值溶液中的可见光吸收光谱； 图9是实施例3的对比试样I (参照实施例3制备仅固载P(AM/MAA)凝胶微球的凝胶传感器试样)在不同PH值溶液中的可见光吸收光谱； 图10是实施例3的对比试样2 (参照实施例3制备仅固载刚果红的传感器试样)在不同PH值溶液中的可见光吸收光谱； 图11是实施例3及其对比例试样1、2的吸光度(@600nm)随pH值的变化曲线，其中a对应的是仅固载了刚果红的凝胶传感器；b对应的是仅固载有P(AM/MAA)凝胶微球的凝胶传感器；c对应的是实施例3制得的凝胶传感器。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1: 一种凝胶基PH传感器，是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)(P(AM/MAA))凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料。其中聚乙烯醇的分子量为88000，醇解度为88% ;聚乙烯醇与聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的质量比为20:1。该复合材料中还添加有戊二醛交联剂，戊二醛用量为聚乙烯醇质量的2.5%。上述凝胶基pH传感器的制备方法包括以下步骤: (1)取3.2g丙烯酰胺、1.8g甲基丙烯酸及0.1g亚甲基双丙烯酰胺溶解于90g无水乙醇中，加入到带机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，通氮气除氧Ih;将0.08g偶氮二异丁腈引发剂溶于5g乙醇中，水浴加热升温至60°C后，将引发剂注入三口瓶中，搅拌速度250r/min，通氮气保温反应20h ;反应结束后离心，用无水乙醇洗涤微球三次(对所得微球进行扫描电镜分析，其扫描电镜照片如图1所示)；将聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球分散于无水乙醇中，配制成0.8 g质量浓度为10%的聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球悬浮液； (2)将步骤(I)的微球悬浮液添加到20g质量浓度为8%的聚乙烯醇水溶液中磁力搅拌30min，加入0.4g浓度为10wt%的戊二醛溶液，并加盐酸调节pH值为I，磁力搅拌2min，超声5min脱泡，然后倒入模具中凝胶化2h，得到固载有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的聚乙烯醇凝胶膜； (3)将步骤(2)所得凝胶膜浸入浓度为50μg/mL的刚果红水溶液中浸泡24h，取出后用pH值=10的NaOH溶液浸泡lh，取出、洗涤，即得产品。将该产品浸入pH=6.0的溶液中，其呈现为红色、透明状；将其浸入pH=2.0的溶液中，呈现为蓝色、混浊状(透明度较pH=6.0时差)；其数码照片如图2所示；图3是本实施例1制得的凝胶传感器产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶基pH传感器，其特征在于，所述pH传感器是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘捷，郑学晶，刘广力，李霞，汤克勇，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：