[发明专利]寡聚噻吩荧光传感薄膜的制备方法及在检测甲醛气体中的应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到寡聚噻吩荧光传感薄膜的制备方法及其在检测甲醛气体中的应用。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步，人们的健康观念日益提高，生态环境保护意识逐渐增强，对环境污染物的监测设备和检测方法的研究开发也越来越重视。传感器是环境检测设备的关键部件，而传感材料则是传感器的核心。常用传感器有均相传感器、薄膜传感器两种，相对于均相(溶液)传感器，在多数情况下，薄膜传感器具有可重复使用、基本不污染待测体系、易于器件化等优点。在光学传感薄膜中已有的多是半导体薄膜、荧光高分子薄膜，以及染料掺杂(或染料修饰)高分子或氧化物薄膜等。其中以共轭荧光高分子或寡聚物作为传感元素的研究倍受人们重视。聚噻吩及其衍生物是一类典型的荧光活性共轭高分子，具有较高的荧光量子产率、适中的能隙、较宽的光谱响应，以及良好的环境和热稳定性等优点，已经在生物化学传感器、光学显示器、微纳米光电子材料中获得重要应用。不同于聚噻吩及其衍生物，寡聚噻吩的聚合度和聚合位置皆可调控，产物往往具有确定的分子量和很高的纯度，其所具有的特异光、电性能和富电子结构引起了研究人员的广泛关注，并被用于电化学能量储存、电化学传感器、有机薄膜场效晶体管及有机发光二极管的制备与研究。

共轭荧光高分子具有一系列突出的优点，例如：因整个分子主链为共轭结构，允许光激发电子在链上迅速流动，具有所谓的“分子导线效应”。对被检测分子往往表现为“一点接触、多点响应”，呈现出显著的“信号放大效应”。基于共轭荧光高分子的这些特点，可以建立高效、高灵敏度分析传感平台，并将其应用于基因检测、蛋白质酶活性测定、抗原抗体识别以及细菌测定等。共轭荧光寡聚物与共轭荧光高分子性质相近，因此，将共轭荧光寡聚物固定于基质表面，实现传感器薄膜化或者颗粒化，就有可能解决传感器的重复使用问题，也为传感器的阵列化、芯片化奠定基础。这已经成为共轭荧光寡聚物传感应用研究的一个重要方向。传统的将共轭荧光高分子或寡聚物固定于基质表面的方法多是旋涂法、层层组装法、溶胶-凝胶以及Langmuir-Blodget膜等物理方法。一般来讲，以这些物理方法制备的薄膜，均存在化学稳定性和热稳定性不理想等问题，在溶液中使用时易发生荧光物质泄漏而污染待测体系等问题。特别是以旋涂法和层层组装法所制备的薄膜在使用时还存在分析物在薄膜中的通透性问题。本发明的发明人所在的研究小组近年来一直致力于化学键合法制备此类传感薄膜及其传感性能的研究工作。实验表明，将寡聚噻吩类共轭荧光分子化学键合到玻璃等基质表面是一种有效的制备荧光传感薄膜材料的方法，通过该方法所得到的传感薄膜，除了具有共轭荧光高分子特有的“分子导线效应”和“信号放大效应”特点外，还具有灵敏度高、选择性好、不污染待测体系、性质稳定、使用寿命长、易于器件化等优点，对甲醛气体表现出很高的检测灵敏度和良好的选择性。

甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的挥发性有机化合物，是室内空气污染的代表性物质，吸入或吸附会对人的皮肤、呼吸道、内脏和中枢神经等造成损害，并引起肺水肿、肝昏迷、肾衰竭等疾患。世界卫生组织已将甲醛列为可疑致癌物和致畸物，是变态反应源，长期接触将导致基因突变。甲醛因其良好的反应活性和低廉的价格常被作为添加剂或者辅料广泛应用在日常生活用品生产中。目前，甲醛污染主要集中在居室、纺织品和食品中，随着人们生活水平的日益提高，室内装修的频度和水准也日益提高，室内装饰材料的大量使用，各类人造板材家具、合成纺织品以及厨房内产生的油烟等都是室内甲醛气体的主要来源。我国政府规定工厂车间内甲醛的最高允许浓度为3mg/m³，I类民用建筑内甲醛的最高允许浓度为0.08mg/m³。此外，不同于其它污染，甲醛污染还具有持续时间长、不易消除，且在较低浓度时不易察觉等特点。因此，检测甲醛，特别是室内甲醛气体的灵敏检测已经引起了人们的高度关注。

已经报道的甲醛气体检测方法主要包括分光光度法、催化动力学光度法、电化学法、色谱法等。到目前为止，还没有一种较为理想的廉价的甲醛现场快速检测方法。而且这些方法还存在灵敏度低、选择性不高或仪器昂贵、操作过程复杂等问题，难以推广使用，因此建立即时、在线、直观、可靠的廉价甲醛检测方法，对于促进甲醛检测技术进步、提高人民身体健康水平等都具有十分重要的意义。