[发明专利]一种pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用

说明书

本发明提供了pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用，属于监测二维pH值领域。所述的监测二维pH的荧光传感膜由荧光染料HPTS‑lipo制备，制备过程中将HPTS‑lipo采用水凝胶D4包埋。所述的荧光染料HPTS‑lipo通过在荧光染料HPTS的磺酸基团接入烷基胺制备。本发明的荧光传感膜，基于改性后的荧光染料HPTS‑lipo与荧光染料HPTS相比其pKa值得到显著的变化，因此荧光传感膜适用于不同的pH值监测，满足不同实验需求，且荧光染料HPTS‑lipo具有更好的疏水性，能在环境中保存更久时间，采用水凝胶D4包埋后进一步克服了染料泄露的问题。

技术领域

本发明属于监测二维pH值的平板光极技术领域，更具体地说，涉及一种pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用。

背景技术

在环境领域，pH值是影响各类重金属、类金属元素地球化学循环的重要指标。以根际微区为例植物根系可通过分泌根系分泌物等行为影响到周边环境的pH值，引起根际酸化或碱化，因此根际效应对于研究重金属、类金属的地球化学循环来说至关重要。

目前传统方法对于pH的测量主要基于电极传感，一方面由于价格较为昂贵，且为单点测量，若在根际大面积布置成本较高，另一方面由于侵入性可能会破坏根际微界面并引起扰动影响根际活动。毋庸置疑，能对根际微环境或其它微区实现原位、实时、非侵入性检测，已经成为环境研究中的迫切需求。

自上世界90年代起，学者们对于二维荧光传感的研究进入了一个高速发展的时期，通过将荧光染料与包埋剂固定于一个平面内可实现对于待测物质的测量，目前已成功研发并施用于环境研究中的类似传感器包括：O₂、pH、CO₂及NH₃等。所制作成的荧光传感器灵敏度高、稳定性好且能适应环境的非均执性，十分适合用于相关待测物质的浓度检测及环境微界面的研究中。

近年来，光学传感器受到了越来越多的关注，尤其是对二维成像的平板光极技术的开发。由于具有原位、实时、非侵入性检测，已经成为环境研究中的迫切需求。

经检索，现有技术中对荧光传感膜的研究已公布了相关的申请案，如中国专利申请号 CN201410643390.4，公开日期为2015.02.18的申请案公开了一种pH荧光传感膜，包括薄膜基材，其将荧光染料CPIPA和荧光黄10-GN均匀混合，通过化学包埋法将两种荧光染料固定在薄膜基材表面。基于所述的pH荧光传感膜，本发明还公开了一种碱性沉积物pH二维动态分布检测方法，将pH荧光传感膜置于沉积物中，在激发光照射下通过成像装置获得两种染料光谱信息，通过R和B通道荧光比率定量方式获得到沉积物pH的分布特征。该申请案的传感膜将CPIPA与具有参比效应和增亮效应的荧光黄10-GN混合作为荧光指示剂，检测灵敏度、空间分辨率高，对pH变化响应灵敏。所述的方法采用平板电极技术，通过荧光比率定量减少光学干扰，实现对碱性沉积物pH二维、动态分布信息的实时、原位获取。然而该申请案中的荧光染料CPIPA仅仅适用于偏碱性的工作范围，限制了其在pH检测领域的应用。

中国专利申请号CN201110407804.X，公开日期为2013.04.03的申请案公开了一种用于检测pH的光学离子传感膜，它包括如下重量百分比的组分：ETH5418 0.38％-0.42％；四[3，5- 二-(三氟甲基)苯]硼酸钠0.44％-0.49％；上转换纳米棒2.09％-2.14％；聚氯乙烯33.13％-33.16％；癸二酸二(2-乙基己基)酯或邻硝基苯辛醚或邻苯二甲酸二辛酯补足至100％。本发明还公开了上述光学离子传感膜的制备方法及该传感膜在pH检测中的应用。该申请案的用于检测pH 的光学离子传感膜，用980nm波长的光激发，且发射也在近红外区，传感器不会受到背景吸收和背景荧光的干扰；且相对于传统有机体系本体系有更高的量子产率，可以产生高强度荧光。该申请案中的光学离子传感膜制备过程中需要耗费各种化学试剂，成本较高，不利于推广。