[发明专利]一种同步监测沉积物溶解氧和pH的复合光学传感膜

说明书

一种同步监测沉积物溶解氧和pH的复合光学传感膜，其制备方法包括以下步骤：首先制备荧光染料储备液；接着制备复合光学传感膜铸膜液和水凝胶溶液，将纳米氧化锆分散在水凝胶溶液中得到遮光层/保护层铸膜液；最后将复合光学传感膜储备液均匀地涂覆在透明的聚酯薄膜表面，待复合光学传感膜储备液完全干燥后，将遮光层/保护层储备液均匀地涂覆在敏感层表面形成复合光学传感膜，本发明只需要制备一层复合光学传感膜就可实现溶解氧与pH的同步测定，制备方法简单，而且可以防止不同聚合物材料之间叠加造成传感膜容易脱落的现象，通过结合普通数码相机或普通彩色CCD相机以及两种不同的滤光片降低了不同荧光染料之间荧光信号的交叉，明显地降低了成本。

【技术领域】

本发明属于沉积物监测技术领域，尤其涉及监测溶解氧和pH的复合光学传感膜。

【背景技术】

沉积物具有高度的异质性，监测技术的分辨率决定着监测到的沉积物的异质性程度；近年来，高分辨的沉积物监测技术备受关注，特别是平面光学传感器的发展为监测具有高度异质性的沉积物中的溶解氧和pH提供了新的途径。

平面光学传感器主要通过物理或化学方法将光敏性荧光染料均匀地固定在平面基材表面形成平面光学传感膜，传感膜与沉积物中待测物质接触后，荧光染料的光学性质(发光强度、发光寿命)发生改变，然后在激发光源的照射下，利用相机或其他感光元件捕获传感膜的荧光图像，根据校准方程，将图像上每个像素点的光学信息转化为待测物质的浓度信息，从而获得待测物质在沉积物中的二维空间分布信息。目前，多种类型的溶解氧和pH平面光极也已经被研发，能够分别实时地监测沉积物中溶解氧和pH的空间分布信息。然而，要实现溶解氧和pH的同步监测，必须使用氧气和pH复合光学传感膜。目前，国际上已有少量研究报道氧气和pH传感膜，但是报道的复合传感膜往往需要多个传感层，制备方法复杂，反应时间长，而且荧光寿命成像系统或者3CCD成像系统价格昂贵。

由此可见，提供一种制备工艺简单，性能高效的复合光学传感膜是本领域亟需解决的问题。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提出一种同步监测沉积物溶解氧和pH的复合光学传感膜，所述复合光学传感膜的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将PtTFPP、5-Fluorescein以及DPA超声溶解在乙醇中，然后使用有机相针式过滤器滤掉未溶解的荧光染料得到荧光染料储备液；

步骤二：将HydroMed D4加入到荧光染料储备液与水的混合溶液中搅拌溶解得到复合光学传感膜铸膜液；然后将HydroMed D4加入乙醇与水的混合溶液中搅拌溶解得到水凝胶溶液，将纳米氧化锆分散在水凝胶溶液中得到遮光层/保护层铸膜液；

步骤三：将复合光学传感膜储备液均匀地涂覆在透明的聚酯薄膜表面，待复合光学传感膜储备液完全干燥后，将遮光层/保护层储备液均匀地涂覆在敏感层表面形成复合光学传感膜。

进一步的，所述步骤一中荧光染料储备液中氧气敏感性染料、pH敏感性染料以参比染料的浓度分别为5～10mg/ml、5～10mg/ml以及4～8mg/ml。

进一步的，所述步骤二中复合光学传感膜铸膜液里D4的浓度为0.05～0.1g/ml，纳米氧化锆的浓度为0.1～0.5g/ml。

一种应用于权利要求1所述复合光学传感膜的校准方法包括以下步骤：

S1：用磷酸氢二钠和柠檬酸钠配置不用pH值得磷酸盐缓冲溶液，将复合光学传感膜贴于比色皿内壁上，分别加入不同pH值的磷酸缓冲溶液，采用395nm的光源激发，使用CMOS相机并结合440nm的长通滤光片获取不同pH条件下复合光学传感膜的荧光图像；

S2：采用图像处理软件提取5-Fluorescein和DPA分别对应的G和B通道的两种荧光强度图像，计算两个通道荧光强度比值r1，并将其与对应pH值进行曲线拟合，得到所述的复合光学传感膜对pH的响应曲线，并用Boltzmann方程进行拟合；