1.基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述的基于SPR的探针式铜离子传感器,包括:多模光纤(1),其内径为105μm,外径为125μm,用于将光源发出的光信号传输到传感器的探针部分,多模光纤能够支持多条光模式的传输,使其在光传输过程中损耗较小,确保足够的光信号到达传感器的检测区域;
石英毛细管(2),其内径为30μm,外径为125μm,长度为2mm,所述石英毛细管与多模光纤对接,石英毛细管在传感器中起到光信号耦合的作用,光信号通过多模光纤传输至石英毛细管,通过其耦合到包层模态,实现光信号的有效传导;
所述石英毛细管(2)的外表面镀有一层厚度为50nm的金膜(4),金膜在石英毛细管的表面用于激发表面等离子体共振,能够增强光信号在传感器表面的局部电场强度;
所述石英毛细管(2)的端面镀有一层厚度为200nm的金膜(4),形成反射面;
所述石英毛细管(2)的外表面涂覆一层厚度为10μm的特异性水凝胶膜(3),该水凝胶膜由N-乙烯基咪唑作为功能单体,丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,二盐酸盐作为紫外线引发剂制备而成;水凝胶膜可以与溶液中的铜离子发生螯合反应,特异性地捕捉和识别铜离子,水凝胶膜与铜离子结合后会改变其折射率,折射率的变化可以通过SPR现象检测出来,从而实现对铜离子浓度的测量;所述的铜离子检测方法包括以下具体步骤:
步骤一:取适量待测水样,置于洁净的容器中,将水样静置于恒温环境中,搅拌使溶液均匀,再调节水样的温度和pH值,使其符合检测要求;其中,取10ml待测水,置于洁净的玻璃容器中,使用标准缓冲液调节水样的pH值至7.0,使铜离子在溶液中处于稳定状态;
步骤二:传感器的准备和校准,基于SPR的探针式铜离子传感器连接至光源和检测设备,进行传感器的初步校准,观察设备是否正常工作,通过检测已知浓度的铜离子溶液,校准传感器的灵敏度和准确性;
步骤三:将基于SPR的探针式铜离子传感器插入待测水样中,使水样充分接触传感器表面的水凝胶膜,通过多模光纤向传感器输入光信号,记录传感器输出的透射光谱,通过分析透射光谱中的共振吸收峰位置,计算水样中铜离子的浓度,记录检测结果,并与已知浓度的标准样品进行对比,验证检测的准确性;其中,通过多模光纤向传感器输入波长为650nm的光信号,记录传感器输出的透射光谱,对同一水样进行多次检测,每隔5分钟检测一次,共检测5次,记录检测结果并计算平均值。
2.根据权利要求1所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的制备步骤如下:S1:多模光纤的准备,选择一段内径为105μm,外径为125μm的多模光纤,使用超声波清洗仪清洗多模光纤,去除表面污垢和杂质,将清洗后的多模光纤干燥;
S2:石英毛细管的准备,选择一段内径为30μm,外径为125μm,长度为2mm的石英毛细管,使用化学试剂清洗石英毛细管的内外表面,确保表面洁净,将清洗后的石英毛细管干燥;
S3:传感器的熔接,将处理好的多模光纤和石英毛细管进行对接,使光信号能够有效传导;
S4:金膜的镀膜处理,在真空镀膜设备中,将石英毛细管置于镀膜台上,调整镀膜设备参数,在石英毛细管的外表面镀上一层50nm厚的金膜,使金膜均匀覆盖整个表面,将石英毛细管的端面进行镀膜处理,镀上一层200nm厚的金膜,形成反射面,镀膜完成后,将石英毛细管保存;
S5:特异性水凝胶膜的制备,称取适量的N-乙烯基咪唑、丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,按一定比例混合,在混合物中加入适量的二盐酸盐,作为紫外线引发剂,将混合物均匀涂覆在石英毛细管的外表面,形成10μm厚的水凝胶膜,使用紫外线光源照射,进行固化处理,形成稳定的特异性水凝胶膜;
S6:传感器测试,将组装好的传感器置于含有不同浓度铜离子溶液的容器中,通过多模光纤输入光信号,记录传感器输出的透射光谱,分析透射光谱中的共振吸收峰位置,计算铜离子浓度。
3.根据权利要求2所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述S1步骤中,使用超声波清洗仪在20℃下用乙醇清洗多模光纤5分钟,去除表面污垢和杂质,使用去离子水冲洗清洗后的多模光纤3次,每次1分钟,将清洗后的多模光纤置于60℃的烘箱中干燥2小时。
4.根据权利要求2所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述S2步骤中,使用10%氢氟酸溶液在室温下浸泡石英毛细管30分钟,进行表面活化处理,使用去离子水将石英毛细管冲洗5次,每次2分钟,将清洗后的石英毛细管置于60℃的烘箱中干燥2小时。
5.根据权利要求2所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述S4步骤中,在10
6.根据权利要求2所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述S5步骤中,称取10gN-乙烯基咪唑、20g丙烯酰胺和0.5gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺,按比例混合,在混合物中加入0.1g二盐酸盐,作为紫外线引发剂,将混合物均匀涂覆在石英毛细管的外表面,形成10μm厚的水凝胶膜,使用365nm紫外线光源照射30分钟。
7.根据权利要求2所述的基于SPR的探针式铜离子传感器的铜离子检测方法,其特征在于,所述S6步骤中,将组装好的传感器置于含有不同浓度铜离子溶液,范围为1×10