[发明专利]一种可回收重复利用的荧光传感器及其制备方法

说明书

本发明属于材料分析技术领域，涉及一种兼具检测和去除金属离子的荧光传感器。本发明一种可回收重复利用的荧光传感器，其特征在于：该传感器是由两种不同粒径的功能化单分散磁性颗粒通过自组装的方式周期排列而成，所述功能化单分散磁性颗粒是将荧光探针卟啉分子通过化学键修饰到单分散磁性颗粒表面构建得到，所述功能化单分散磁性颗粒周期阵列构成了两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构。本发明的可回收重复利用的荧光传感器性能稳定，检测灵敏度高，能够有效地去除水体中低浓度汞离子。

技术领域

本发明属于材料分析技术领域，具体的说，是一种兼具检测和去除金属离子的荧光传感器。该传感器涉及单分散磁性颗粒表面修饰荧光探针分子，用于汞离子的检测，并能有效去除水体中的痕量汞离子。

背景技术

伴随着我国工业化进程发展的加快和环境污染的日益严重，生活中的水资源、土地资源与空气资源都大范围的受到了重金属离子的污染和破坏。2015 年国务院发布《水污染防治行动计划》，将重金属离子作为水治理的重点对象之一。在自然环境中，重金属无法分解并且通过食物链的积聚，在自然环境中浓度低的重金属可以以很高的数量聚集到人类的身体里，这将损坏人类身体正常的新陈代谢生理功能并且对生理健康有很大的伤害。所以，我们不仅要对水体中重金属离子进行实时监测，还需要对水体中重金属离子进行去除分离。因此，建立灵敏快速的检测方法同时去除水中重金属离子的新材料己迫在眉睫。

相关文献报道关于单种重金属离子测试的方法很多，常用的重金属离子检测方法包括紫外－可分光光度法、电化学方法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、高效液相色谱法以及荧光探针法等，虽然灵敏度、准确性较高，但是都是对重金属离子的单一检测。面对复杂的水体环境，特别是水体中低浓度水平的汞离子污染，目前很多吸附材料，如活性炭、多孔二氧化硅等对于高浓度的重金属离子表现出较高吸附去除率，但很难直接将高浓度汞离子处理到极低浓度。因此，研究与开发对水环境中重金属离子的快速、高效、高灵敏度的检测，同时解决清除水体中痕量重金属离子的问题，意义十分重大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种兼有检测并吸附重金属离子的传感器，达到检测性能稳定、检测灵敏度高，并且能有效去除痕量汞离子、可回收重复利用的荧光传感器及其制备方法。本发明首先制备得到两种不同粒径、单分散优异的功能化单分散磁性颗粒，该功能化单分散磁性颗粒是将荧光探针卟啉分子通过化学键修饰到单分散磁性颗粒表面构建得到，制得的性质稳定、可以精确定量荧光探针卟啉分子的功能化单分散磁性颗粒，不仅具有纳米尺度的优良性能，同时还具备荧光探针的传感性能；继而构筑高质量的两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，利用光子晶体特殊的光学调控特性，得到高灵敏度、稳定的可回收重复利用的荧光传感器。

本发明从三个方面来设计：一方面，通过荧光探针卟啉分子以化学键修饰到单分散磁性颗粒表面，能够避免物理包埋或静电吸附法导致荧光探针分子的泄露，造成检测灵敏度变差，选择性变低的问题，同时选用的荧光探针卟啉分子易于设计合成，是一种具有大环共轭结构的富电子化合物，且发光基团的荧光性质受检测环境因素的影响较小，能与汞离子配位造成自身荧光的猝灭，从而提高检测金属离子的稳定性；另一方面，本发明引入两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，这种三明治光子晶体结构是由粒径较大的功能化单分散磁性颗粒构成三明治光子晶体结构的上层和下层，粒径较小的功能化单分散磁性颗粒构成三明治光子晶体结构的中间层，形成一个大的光学腔，其中一个光子带隙与荧光探针卟啉分子的吸收光谱相匹配，另一个光子带隙与荧光探针卟啉分子的发射光谱相匹配，大大地增强了检测的光学信号；最后，本发明的光子晶体结构具有大的比表面积，不仅能实现荧光探针卟啉分子的良好分散，避免荧光分子由于聚集引起的荧光淬灭，还能提供更多的位点与汞离子进行配位反应，功能化单分散磁性颗粒表面上的基团也可参与吸附汞离子，能够有效地去除水体中的低浓度汞离子，同时大的比表面积能提高离子交换和吸附容量，有利于低浓度汞离子去除效率的提高。这三方面协同作用得到检测性能优异的可吸附并去除痕量重金属离子的荧光传感器。