[发明专利]一种凝胶基pH传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于智能高分子和传感器技术领域，具体涉及一种新型的凝胶基pH传感器，同时还涉及该pH传感器的制备方法。 

背景技术

pH值的准确和快速测量在工农业生产、医药卫生以及环境分析等领域均具有重要作用，例如，许多生化反应和制药过程在恒定或很窄的pH值范围内进行最为有效，对水质pH值的监测是环境监测中的基础监测项目。传统的电化学pH传感器如玻璃电极尽管具有可靠性高、再现性好等特点，也存在信号易受电磁干扰、机械强度差、长期使用时信号发生漂移及难以微型化等缺陷，限制了其在生理卫生、高酸碱环境以及连续在线监测等方面的应用。 

近年来，人们利用响应性凝胶的体积胀缩特性开发了一系列凝胶基pH传感器，结合电学、光学、声学、力学等检测手段，实现了对外界酸碱刺激信号的检测。其中，结合光学测量的凝胶基pH传感器具有体积小、无污染、不带电、抗电磁干扰能力强等优点，因而在各类化学反应、工业生产、环境监测、生物医学领域以及矿井、武器试验场、有毒物质污染区等危险场合的遥测遥控方面，都有广阔的应用前景。然而，现有的凝胶基pH传感器在检测范围和灵敏度方面仍存在技术瓶颈。 

发明内容

本发明的目的是为了提供一种新型凝胶基pH传感器以及该pH传感器的制备方法。 

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种凝胶基pH传感器，其特征在于，所述pH传感器是一种以聚乙烯醇凝胶为基质、固载包埋有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)（P(AM/MAA)）凝胶微球且同时固载有刚果红的复合材料。 

所述聚乙烯醇与聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的质量比为8～20:1。 

所述聚乙烯醇的分子量为10000～100000，醇解度为88%～99%。 

所述复合材料中添加有戊二醛交联剂，戊二醛用量为聚乙烯醇质量的0.5% ～ 3.0%。 

所述凝胶基pH传感器的制备方法，包括以下步骤： 

（1）将聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球分散于无水乙醇中得到聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球悬浮液；

（2）将步骤（1）的悬浮液添加到聚乙烯醇水溶液中搅拌均匀，加入戊二醛并加酸调节pH值为1～4，然后倒入模具中凝胶化0.5～2h，得到固载有聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球的聚乙烯醇凝胶膜；

（3）将步骤（2）所得凝胶膜浸入刚果红水溶液中浸泡10～30h，取出后用pH值=9～14的碱液浸泡0.5～1h，取出、洗涤，即得产品。

所述刚果红水溶液的浓度为1～500μg/mL。 

所述碱为氢氧化钠，所述酸为盐酸。 

所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为2%～12%。 

聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球悬浮液的质量浓度为0.5%～10%。 

制备聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)凝胶微球时，单体丙烯酰胺与甲基丙烯酸的摩尔比为9:1～1:9，引发剂为偶氮二异丁腈，交联剂为亚甲基双丙烯酰胺。 

以聚(丙烯酰胺/甲基丙烯酸)为代表的聚合物在高pH环境中会发生溶胀，而在低pH环境中体积则会收缩，能够表现出显著的pH响应性。聚乙烯醇(PVA)具有较好的机械强度和生物惰性，亲水性强、耐酸碱，且在可见光区没有吸收。本发明将具有酸碱敏感性的P(AM/MAA)凝胶微球和pH指示剂固载于聚乙烯醇中，利用两者在550～800nm波长范围内吸光度的叠加效应，扩展了pH值的测量范围，增强了传感器对pH值响应的灵敏度。此外，该凝胶基pH传感器兼具了吸光度响应和颜色响应的特性，能够实现pH值的可视化简单测量和精确测量，显著提升了pH凝胶传感器的使用灵活性和应用领域。 

附图说明

图1是实施例1中P(AM/MAA)凝胶微球的扫描电镜照片； 

图2是实施例1制得的凝胶传感器产品在不同pH值溶液中的数码照片；

图3是实施例1制得的凝胶传感器产品在不同pH溶液中的可见光吸收光谱；

图4是实施例2中P(AM/MAA)凝胶微球的扫描电镜照片；

图5是实施例2制得的凝胶传感器产品在不同pH值溶液中的数码照片；

图6是实施例2制得的凝胶传感器产品在不同pH溶液中的可见光吸收光谱；

图7是实施例1和2的凝胶传感器的吸光度(@600nm)随pH值的变化曲线；

图8是实施例3所得凝胶传感器在不同pH值溶液中的可见光吸收光谱；