[发明专利]一种利用三维光子晶体测量pH的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量溶液pH值的方法。

背景技术

pH值是标志溶液酸碱浓度的基本参数，pH值的测量在电力、环保、化工等部门被广泛应用。目前有多种测量溶液pH值的传感器，如光化学pH传感器、离子敏pH传感器、玻璃电极传感器、锑电极传感器、酶pH传感器等，但这些pH传感器均不同时具有测量准确、稳定性好等特点。

光子晶体这一概念最早是由Yablonovitch和John提出的，其是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。由于其具有光子带隙的重要优越特点，在很多现代高新技术领域中都扮演着重要角色。

光子带隙是光子晶体最根本的特征,落在带隙中的光被禁止传播。由于光子带隙的存在，人们可以通过设计带隙实现对各种波长光的操控。影响光子带隙的因素有两种介质材料的介电常数比(或折射率比)和光子晶体的结构，因此，改变光子带隙可以从这两方面考虑:一是改变折射率进行调制，二是改变晶体自身结构进行调制。目前，主要利用电场调制、磁场调制、压力调制、光照调制、温度调制的方法改变光子带隙。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法对溶液pH测量准确度不高和稳定性不好的问题，而提供一种利用三维光子晶体测量pH的方法。

本发明利用三维光子晶体测量pH的方法按下列步骤实现：

一、向90～120mL超纯水中通氮气，加热至65～95℃，恒温25～45min后加入甲基丙烯酸和苯乙烯，然后通过NaOH溶液调节反应体系pH至9～12，加入0.184～0.334g的过硫酸钾，搅拌均匀，在55～75℃的温度下反应2～3小时，得到微球溶液；二、微球溶液中加入超纯水调节微球溶液的体积分数至0.1%～0.3%，放入恒温箱内，以50～70℃的温度沉积4～6天得到光子晶体薄膜；三、将步骤二得到的光子晶体薄膜放入不同pH值的溶液中，使用光谱仪依次测光子晶体薄膜在不同pH值溶液中的反射光谱曲线，然后拟合出溶液pH值与光子晶体薄膜反射光波峰处波长的关系曲线；四、然后将步骤三中的光子晶体薄膜放入待测溶液中，使用光谱仪测待测溶液中光子晶体薄膜的反射光谱曲线，进而推得待测溶液的pH值；

其中步骤一中的甲基丙烯酸和苯乙烯的质量比是（3.6～6.6）：1。

本发明测量溶液pH值的原理是采用pH调制的方法对三维光子晶体带隙进行连续调节，利用三维光子晶体带隙随溶液的pH变化测量pH值，光子晶体由单分散微球有序紧密排列而成，微球表面可以带有较多的弱电解质基团，不同pH值下弱电解质基团电离程度不同，导致带电程度和排斥力不同，进而导致聚合物链伸展程度不同，从而改变晶格结构。因此，本发明通过待测溶液pH值来改变光子晶体的晶格结构，进而改变其带隙，从而达到测量pH的目的。

本发明的有益效果在于制备光子晶体薄膜的设备简单，可连续测量，三维光子晶体薄膜可重复使用，pH测量值准确，误差小于0.05pH～0.1pH，测量数值稳定。

附图说明

图1是具体实施方式八步骤二得到的光子晶体薄膜的微观电镜照片；

图2是具体实施方式八步骤三光子晶体薄膜放入pH=1，pH=3，pH=5，pH=7，pH=9的5组溶液中的光子晶体薄膜反射光谱变化曲线，1—表示光子晶体薄膜放入pH=1的溶液中的反射光谱变化曲线，2—表示光子晶体薄膜放入pH=3的溶液中的反射光谱变化曲线，3—表示光子晶体薄膜放入pH=5的溶液中的反射光谱变化曲线，4—表示光子晶体薄膜放入pH=7的溶液中的反射光谱变化曲线，5—表示光子晶体薄膜放入pH=9的溶液中的反射光谱变化曲线；

图3是实施例一步骤二得到的光子晶体薄膜的微观电镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式利用三维光子晶体测量pH的方法按下列步骤实施：