檢測基底循環多次利用的co氣體光譜傳感器的用途
【專利摘要】本發明公開了一種檢測基底循環多次利用的CO氣體光譜傳感器的用途，是在CO的吸附及SERS檢測中的應用，CO氣體光譜傳感器的制備方法以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；將金膜撈至ITO導電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強效應的金膜固相基底；計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底。本發明通過電化學方法選擇合適的沉積條件沉積Pt顆粒，利用金膜的表面增強效應和Pt與CO分子的強化學吸附作用，充分發揮表面增強拉曼光譜極高靈敏度及光譜分辨率高的特點，對CO氣體分子實現實時在線檢測。
【專利說明】檢測基底循環多次利用的CO氣體光譜傳感器的用途
[0001]本申請是申請號:201310359876.0、名稱“高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法”、申請日:2013.8.19的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及環境氣體檢測【技術領域】，是一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法。
【背景技術】
[0003]傳統的CO氣體傳感器主要是基于CO氣體進入傳感元件后發生氧化反應生成CO2氣體，化學反應形成的電子流由電極引出后，經后端放大電路進行信號放大、調理，再送處理器進行采集處理。但此類檢測方法具有設計制備復雜，不利于現場檢測等缺點。目前，還有研究發展了一種光纖CO傳感系統，其從分子結構和分子光譜理論出發，通過紅外光譜，依據朗伯-比爾定律和光學信息處理技術，分析了采用光譜吸收方法通過光纖傳輸光信號的CO氣體濃度檢測機理。但此法也具有相應的缺點，如CO吸附較弱，紅外光譜的檢測靈敏度不高。
[0004]與此同時，表面增強拉曼光譜(SERS)作為一種具有極高檢測靈敏度的光譜檢測手段逐漸地在各領域得到了應用，這種以貴金屬納米顆粒為基底的表面增強拉曼散射已成為分子探測與識別的有效手段之一，目前單分子的SERS檢測已成為可能，因而得到了科學界的廣泛關注和研究。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種既能有效吸附CO氣體分子，又可以充分地利用表面增強拉曼光譜靈敏度高，分辨率好優勢的高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法。
[0006]本發明的技術解決方案是:
一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:包括下列步驟:
(1)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO導電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強效應的金膜固相基底；
(2)采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為ImM H2PtCl6 +0.1mM H2SO4,沉積電流為IX 1(Γ4Α,沉積時間為10s。
[0007]金溶膠溶液的制備是通過檸檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100 mL濃度為1.0X10_4 g.mr1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰，在攪拌的同時，加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g-πιΓ1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內溶液由透明淡黃色變為黑色，5分鐘后溶液漸漸變為略帶土黃的紫紅色，繼續攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
[0008]步驟(I)在加入正己烷后，還滴加乙醇，起到壓縮金膜，使其更加致密的作用。
[0009]本發明通過電化學方法選擇合適的沉積條件沉積Pt顆粒，利用金膜的表面增強效應和Pt與CO分子的強化學吸附作用，充分發揮表面增強拉曼光譜(SERS)極高靈敏度及光譜分辨率高的特點，對CO氣體分子實現實時在線檢測。該方法具有靈敏度高，制備方便，選擇性高，性能優異等特點。并且，在高電位下，吸附的CO分子又可通過電化學方法脫附，可實現檢測基底的循環多次利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0011]圖1是本發明一個實施例的流程圖。
[0012]圖2是導電玻璃固相金膜基底不意圖。
[0013]圖3是計時伏安法沉積鉬示意圖。
[0014]圖4是沉積鉬顆粒的固相基底表面增強拉曼光譜圖。
[0015]圖5是固相檢測基底吸附CO的表面增強拉曼譜圖。
【具體實施方式】
[0016]一種高靈敏度的CO氣體光譜傳感器的制備方法，其特征是:包括下列步驟:
Cl)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，還滴加相當于金溶膠溶液體積0.5-5%的乙醇(也可不加)，起到壓縮金膜，使其更加致密的作用，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO (Indium tin oxide氧化銦錫)導電玻璃上,制備成單分散的且具有SERS增強效應的金膜固相基底；
金溶膠溶液的制備是通過朽1檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100mL濃度為1.0X 10_4 g.mL—1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰,在攪拌的同時,加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g-πιΓ1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內溶液由透明淡黃色變為黑色，5分鐘后溶液漸漸變為略帶土黃的紫紅色，繼續攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
[0017](2)采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為I mM H2PtCl6+ 0.1mM H2SO4，沉積電流為I XlO-4A,沉積時間為10s。沉積電流過大，會導致出現較明顯的析氫現象，沉積電流過小，易形成以電極表面擴散控制為主導，表面Pt顆粒易出現三維島狀螺旋錯位生長模式，導致沉積的均勻性下降。
[0018]可以看到吸附CO氣體前，在高波數區(2000-2100 cnT1)無任何SERS譜峰信號(如圖4)。
[0019](3) CO的吸附及高靈敏SERS檢測
將沉積Pt的金膜固相基底置入密閉容器中，通入CO氣體，在沉積時間很少時，由于沉積的Pt的量較少，吸附的CO分子較少，SERS譜峰信號較弱，隨著沉積時間的增加，Pt沉積量隨之增加，高波數區域內CO分子的伸縮振動譜峰強度逐漸增加，當沉積時間為10 s時，可以看到CO氣體分子位于2086 cm-1處的C-O線性吸附伸縮振動譜峰強度達到最佳，繼續增加Pt的沉積時間，譜峰信號又逐漸減弱，這是由于沉積的Pt層數增多，金的增強作用逐漸減弱，SERS的長程效應受到影響(如圖5)。
[0020]所述“提拉法”、“計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底”是本領域公知方法。
[0021]提拉法:提拉法是將整個洗凈的基板浸入預先制備好的溶膠之中，然后以精確控制的均勻速度將基板平穩地從溶膠中提拉出來，在粘度和重力作用下基板表面形成一層均勻的液膜，緊接著溶劑迅速蒸發，于是附著在基板表面的溶膠迅速凝膠化而形成一層凝膠膜
計時伏安(電位)法:一種電化學分析法和研究電極過程的電化學技術。它的基本原理是電解，與極譜法(見極譜法和伏安法)更相近。此法是在某一固定電流下，測量電解過程中電極電位(見電極電勢)與時間t之間的關系的E-t曲線，故稱計時電位法。
【權利要求】
1.一種檢測基底循環多次利用的CO氣體光譜傳感器的用途，其特征是:是在CO的吸附及SERS檢測中的應用，所述CO氣體光譜傳感器的制備方法包括下列步驟: Cl)以正己烷為油相，將正己烷加入到金溶膠溶液中，金納米粒徑為30nm，加入的正己烷的體積為金溶膠溶液體積的1/5 —1/6，在油水液/液兩相界面上形成金納米粒子膜；通過提拉法將金膜撈至ITO導電玻璃上，制備成單分散的且具有SERS增強效應的金膜固相基底； (2)采用計時伏安法恒電流沉積Pt顆粒至金膜固相基底，沉積溶液為I mM H2PtC16 +0.1mM H2S04，沉積電流為I X 10-4A，沉積時間為1s ； ⑶的吸附及高靈敏SERS檢測: 將沉積Pt的金膜固相基底置入密閉容器中，通入CO氣體，在沉積時間很少時，由于沉積的Pt的量較少，吸附的CO分子較少，SERS譜峰信號較弱，隨著沉積時間的增加，Pt沉積量隨之增加，高波數區域內CO分子的伸縮振動譜峰強度逐漸增加，當沉積時間為10 s時，可以看到CO氣體分子位于2086 cm-1處的C-O線性吸附伸縮振動譜峰強度達到最佳，繼續增加Pt的沉積時間，譜峰信號又逐漸減弱，這是由于沉積的Pt層數增多，金的增強作用逐漸減弱，SERS的長程效應受到影響； 在高電位下，吸附的CO分子又可通過電化學方法脫附，可實現檢測基底的循環多次利用； 金溶膠溶液的制備是通過朽1檬酸鈉還原得到，30nmAu納米粒子的合成步驟:將100mL濃度為1.0X 10_4 g.mL—1 HAuCl4水溶液在磁力攪拌下加熱至沸騰,在攪拌的同時,加入新鮮配制的I mL 1.0X 10_2 g-πιΓ1檸檬酸三鈉水溶液，3分鐘之內溶液由透明淡黃色變為黑色，5分鐘后溶液漸漸變為略帶土黃的紫紅色，繼續攪拌回流15分鐘，待溶膠自然冷卻至室溫。
2.根據權利要求1所述的檢測基底循環多次利用的CO氣體光譜傳感器的用途，其特征是:吸附CO氣體前，在高波數區2000-2100 CnT1無任何SERS譜峰信號。
3.根據權利要求1所述的檢測基底循環多次利用的CO氣體光譜傳感器的用途，其特征是:提拉法是將整個洗凈的基板浸入預先制備好的溶膠之中，然后以精確控制的均勻速度將基板平穩地從溶膠中提拉出來，在粘度和重力作用下基板表面形成一層均勻的液膜，緊接著溶劑迅速蒸發，于是附著在基板表面的溶膠迅速凝膠化而形成一層凝膠膜。
【文檔編號】G01N21/65GK104359891SQ201410647638
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】葛明, 姚建林, 袁亞仙, 賈雪平, 王南平 申請人:南通大學