[发明专利]特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器及其制备方法

说明书

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器及其制备方法。特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器，由微纳光纤和位于微纳光纤上的功能层组成，所述微纳光纤由双包层光纤拉锥获得，包括中部的束腰均匀区、束腰均匀区两侧的过渡区以及连接在过渡区外端的正常区，在所述束腰均匀区上包裹有功能层，所述功能层为特异性识别铜离子的材料层。本发明将微纳光纤和“功能化材料”相结合，将微纳光纤小型化、低成本、高灵敏度、不受电磁干扰的优势与功能化材料的高比表面积、特异性、良好生物相容性等优势有机结合在一起，通过监控铜离子与功能化材料特异性螯合情况下光谱的漂移量。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器及其制备方法。

背景技术

铜是环境中毒性较大的重金属元素之一，环境中的铜，特别是水中的铜，会通过水生食物链富集、放大，最终进入人体，对人类健康构成极大威胁。人在饮用了含有超标的铜离子(Cu²⁺)水后会出现胃肠道中毒现象，严重的会导致肝肾损伤。因此，开发一种廉价、稳定、环保的传感器来检测水溶液中Cu²⁺浓度超标，对生态、医疗监测等诸多领域具有重要意义。

发明内容

本发明针对上述问题提供了特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器及其制备方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

特异性检测铜离子的干涉型微纳光纤传感器，由微纳光纤和位于微纳光纤上的功能层组成，所述微纳光纤由双包层光纤拉锥获得，包括中部的束腰均匀区、束腰均匀区两侧的过渡区以及连接在过渡区外端的正常区，在所述束腰均匀区上包裹有功能层，所述功能层为特异性识别铜离子的材料层。

进一步，所述过渡区的长度为4mm，所述束腰均匀区的长度为12mm，直径为12μm。

干涉型微纳光纤传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将一段长度为2-3cm的双包层光纤去除涂覆层，再固定在光纤夹具上，采用熔融拉锥方法制得微纳光纤；

步骤2，将功能层修饰到微纳光纤的束腰均匀区。

进一步，所述步骤1中采用熔融拉锥方法制得微纳光纤的具体步骤为：首先通过氢氧或者丁烷火焰对双包层光纤中间位置加热5s左右，然后通过移动位移平台进行均匀的拉锥，制得微纳光纤。

再进一步，所述步骤2，将功能层修饰到微纳光纤的束腰均匀区，具体包括以下步骤：

步骤2.1，称取1.1069g氨丙基三乙氧基硅烷和0.4804g 2-咪唑甲醛以5mL的无水乙醇作为溶剂在60℃水浴2h，获得均匀储备溶液；

步骤2.2，将5g聚乙烯醇解于100mL去离子水中，得到5％的聚乙烯醇溶液；

步骤2.3，将步骤2.1中的均匀储备溶液与5％的聚乙烯醇水溶液按体积比1:5，在60℃下水浴2h混合，得到的混合溶液放置12h充分反应后等待使用；

步骤2.4，微纳光纤浸泡混合溶液中5s，取出浸泡过的微纳光纤，使用去离子水冲洗未反应的杂质，室温干燥10min，得到微纳光纤传感器。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1、本发明将微纳光纤和“功能化材料”相结合，将微纳光纤小型化、低成本、高灵敏度、不受电磁干扰的优势与功能化材料的高比表面积、特异性、良好生物相容性等优势有机结合在一起，通过监控铜离子与功能化材料特异性螯合情况下光谱的漂移量，为实现廉价、稳定、环保的铜离子传感器提供了新思路；

2、本发明将功能化材料采用简易蘸涂法修饰到微纳光纤上，构建一种稳定的新型传感界面，可实现安全简便和特异性地铜离子检测；