[发明专利]一种快速检测有机溶剂蒸汽的方法

说明书

本发明涉及一种快速检测有机溶剂蒸汽的方法，属于光学领域。本发明的技术方案主要包括：将一维光子晶体膜暴露于待测有机溶剂蒸汽中，记录有机溶剂蒸汽响应的光子晶体膜反射光谱波长数据，根据线性方程计算待测有机溶剂的极性，根据极性数据确定待测有机溶剂。本发明采用的光子晶体法，根据光子晶体与被测物质之间的相互作用，会改变传感器内部参数结构，使得其反射光谱发生明显变化，具有灵敏度高，重现性好等特点。

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及由于结构变化而引起颜色的波长变化，以实现快速检测环境中有机溶剂蒸汽的方法，更具体的为一种快速检测有机溶剂蒸汽的方法。

背景技术

无论从环境学、化学以及工业生产中，对于溶剂蒸汽的检测都是一个具有挑战性的课题，科学工作者研究了很多如何快速准确地检测有机溶剂蒸汽含量的方法，如色谱法、光谱法等，但是这些方法都需要大型分析仪器，操作过程繁琐复杂等。因此，开发一种廉价且便携的传感装置就显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种快速检测有机溶剂蒸汽的方法。利用不同种类的有机溶剂蒸汽对一维光子晶体传感器膜响应的差异，致使一维光子晶体传感器波长发生一定变化，从而实现对有机蒸汽的检测。

检测原理为：当白色入射光照射在传感器表面时，反射光的波长符合光栅方程：mλ＝d(sinθ₁+θ_D)，其中m为衍射级数，λ为衍射光波长，θ₁为光源入射角；θ_D为反射角；d为光栅周期。有机溶剂蒸汽与蚕丝蛋白传感器结合，产生溶胀作用，改变光栅周期d，从而影响反射波长λ。

本发明的技术方案如下：将一维光子晶体膜暴露于待测有机溶剂蒸汽中，记录有机溶剂蒸汽响应的光子晶体膜反射光谱波长数据，根据线性方程(Ⅰ)计算待测有机溶剂的极性，根据极性数据确定待测有机溶剂，

y＝1.86x+556.86 (Ⅰ)

其中：y为波长，x为极性。

所述一维光子晶体传感器是按照如下方法制备的：20mm×20mm大小的正方形，跨度为760nm，台阶高度70nm，台阶宽度350nm的光子晶体条纹模板，在光子晶体条纹模板上滴加蚕丝蛋白水溶液，将其置于烘箱中干燥，干燥后揭下使用；

进一步的，所述的滴加蚕丝蛋白溶液的体积为2mL。

进一步的，所述的干燥温度为80℃，干燥时间为30min。

光子晶体是由两种或者两种以上不同介电常数的材料周期性排列形成的，对光具有选择性反射。光子晶体传感器是利用光子晶体的特性做成的传感器，可实现高灵敏度的检测，其形成材料有无机物、有机高分子材料等。蚕丝蛋白是从蚕丝纤维中提取的蛋白，具有无毒性、无刺激性和优良的生物相容性等，形成的光子晶体薄膜具有良好的机械性能和光学性质，因此是一种具有实用性的生物材料。用蚕丝蛋白制备的光子晶体传感器，可以实现廉价、便携、直观的检测，能够大大降低检测成本，是一种非常具有发展前景的材料。

本发明采用光学法测定有机溶剂蒸汽，是由于光子晶体具有稳定的光学结构与发光特性，而光子晶体类传感器就是依赖于其光学性质的变化。由于在众多的研究中发现，光子晶体具有较高的灵敏度和潜在的识别特定物质的能力，并且光学测量相比于其他测量方法安全，简便且直观。本发明根据溶剂极性的不同，其蒸汽在与蚕丝蛋白光子晶体膜作用过程中，使光子晶体膜结构发生不同的变化，表现出光学颜色变化不同，从而根据实验测定的不同波长实现对不同极性溶剂蒸汽的检测。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明所选择的材料是从蚕丝纤维中提取的完全纯化的天然蛋白质(蚕丝蛋白)，蚕丝蛋白是由多种氨基酸构成的，其构象主要包含两种，这两种构型在不同极性的有机溶剂中会发生构象变化，从而产生体积的变化，也就是对不同极性的有机溶剂具有选择性响应。