[发明专利]一种双束p偏振棱镜SPR重金属离子传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种双束p偏振棱镜SPR传感结构，其特征在于，包括单轴晶体(1)、二分之一波片(2)、棱镜(3)、第一探测阵列(4)和第二探测阵列(5)，所述棱镜(3)全反射面的膜系结构由传感区(6)和参考区(7)组成；

光源发出的光信号垂直入射到单轴晶体(1)产生o光和e光，其中o光的振动方向经二分之一波片旋转90°角，此时两束光均为p偏振，两束p偏振光分别入射到棱镜(3)全反射面的传感区(6)和参考区(7)，传感区(6)产生的SPR信号由第一探测阵列(4)接收，参考区(7)产生的SPR信号由第二探测阵列(5)接收。

2.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，所述棱镜(3)全反射面的膜系结构以全反射面长边的对称轴为界分为两半，其中一半为传感区(6)，另一半为参考区(7)。

3.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，所述二分之一波片(2)的光轴与铅直线的夹角为45°。

4.根据权利要求3所述的传感结构，其特征在于，所述二分之一波片(2)通过光胶法将其固定到单轴晶体(1)的出射面。

5.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，所述第一探测阵列(4)和第二探测阵列(5)由四个相同的光电探测元件(A、B、C、D)采用两个组合的方式构成。

6.根据权利要求5所述的传感结构，其特征在于，对传感区(6)和参考区(7)四个光电探测元件(A、B、C、D)产生的SPR信号做差分运算得到所述传感结构的输出信号S，即：

S＝[(S_a-S_b)/(S_a+S_b)]-[(S_c-S_d)/(S_c+S_d)]。

7.一种双束p偏振棱镜SPR重金属离子传感器，包含权利要求1～6任一所述的传感结构，其特征在于，所述参考区(7)增设有用于阻止吸附重金属离子的疏水膜(71)；所述传感区(6)增设有用于特异性吸附重金属离子的改性修饰膜(61)。

8.根据权利要求7所述的重金属离子传感器，其特征在于，棱镜(3)全反射面的膜系结构还包括Cr膜(60)和金膜(70)；采用真空溅镀、磁控溅射或离子源辅助电子束蒸镀方式在棱镜(3)全反射面制备Cr膜(60)；采用真空溅镀、磁控溅射或离子源辅助电子束蒸镀方式在Cr膜(60)表面制备金膜(70)；在金膜(70)表面的参考区(7)制备所述疏水膜(71)，在金膜(70)表面的传感区(6)制备所述改性修饰膜(61)。

9.根据权利要求8所述的重金属离子传感器，其特征在于，Cr膜(60)的厚度为1～5nm；金膜(70)的厚度为40～100nm。

10.根据权利要求7～9任一所述的重金属离子传感器，其特征在于，疏水膜(71)的制备方法，包括以下步骤：

S1.将正硅酸乙酯、去离子水、乙醇和盐酸以1：(8～20)：(20～40)：(0.04～1)的摩尔比混合，升温至60～70℃，搅拌回流1～2h后冷却至室温，密封，溶胶陈化24～36h，得到SiO₂溶胶；

S2.向步骤S1所得SiO₂溶胶中加入0.1～2％的二甲基二氯硅烷，磁力搅拌1～2h，得到用于制备疏水膜(71)的溶胶；其中，二甲基二氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔质量之比为0.8～1.5：1；

S3.在金膜(70)表面的传感区(6)表面覆盖保护材料后，采用步骤S2所得溶胶在金膜(70)表面的参考区(7)制备疏水膜(71)，提拉速度为10～25cm/min，然后干燥固化20～30min；

改性修饰膜(61)的制备方法，包括以下步骤：

在金膜(70)表面的参考区(7)表面覆盖保护材料后，采用去离子水将分子量为10～25万的羧甲基壳聚糖配置成质量浓度为0.1～1％的羧甲基壳聚糖溶液，加入戊二醛，并搅拌至羧甲基壳聚糖完全交联，然后利用离子印迹法在金膜(70)表面的传感区(6)制备具有特异性吸附重金属离子的改性修饰膜(61)；其中，控制羧甲基壳聚糖溶液与戊二醛的体积比为20：0.1～2％，戊二醛和羧甲基壳聚糖的质量比为1～10:100；

所述保护材料优选为石蜡。