[发明专利]一种用于水体中金属离子实时检测的荧光薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于水体中金属离子实时检测的荧光薄膜及其制备方法。所述金属离子为铜或镉离子，所述薄膜采用高分子聚合物和金属有机框架材料混合制备得到，将高分子聚合物用有机溶剂溶解后，向其中加入特定金属有机框架材料，搅拌均匀后涂覆在玻璃或硅片等衬底上，揭下后即得到荧光薄膜。本发明制得的薄膜装载能力大，检出限低，线性检测范围广，对一系列干扰离子具有较强的抗干扰能力，能够灵敏地分析检测出水中的铜、镉离子。响应时间为5～15秒，成本低廉，制备简单。

技术领域

本发明属于离子检测材料领域，涉及一种用于水体中金属离子实时检测的荧光薄膜及其制备方法，尤其是针对水体中铜、镉离子实时检测的荧光薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来随着工业与农业的持续稳定发展，对经济带来了快速增长的同时，也让环境污染尤其是水污染的情况愈演愈烈，这是需要人类关心和解决的重大问题。重金属污水的肆意排放，垃圾的随意丢弃，甚至是简简单单的食物链传播都会对环境以及人类自身造成不可逆的危害。重金属污染主要来源于工业与生活污染，如铜、镉元素等。铜是一种重要的微量营养元素，对一些酶及其它细胞活动也起很重要的作用，但作为重金属离子，摄入过量的铜可能引起严重的健康问题，导致神经退行性疾病，如帕金森氏症和威尔森氏病等。镉是人体非必需元素，当体内镉元素过量积累，损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。因此，通过制定合理的方法来测定各种公共资源和公用事业中这些金属离子的污染状况非常重要。

在过去的几十年中，已经建立了许多检测重金属离子的方法，包括原子吸收光谱法(AAS)，表面等离子体共振光谱法(SPR)，紫外-可见分光光度法，电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，液相色谱法，伏安法等。这些测试方法可以灵敏地检测出金属离子，但是具有所需设备十分昂贵、运营成本高昂、所需分析时间较长等缺点。因此，有必要开发一种可靠、方便的方法来进行检测。与上述传统分析方法不同，荧光传感器由于价格低廉、灵敏度高、选择性良好以及响应速度快等优点而吸引了许多研究者的关注。

作为一类新兴的多孔材料，金属有机框架材料具有易调控的结构、规则的晶型、尺寸可调的孔道等特点，近年来在发光、气体存储、磁学、非线性光学等领域具有广泛应用前景。而荧光金属有机框架材料由于对于金属离子检测灵敏度高、选择性好，在各种离子的检测与去除方面应用广泛。然而，金属有机框架粉末的可塑性较差，原位合成的金属有机框架膜力学性能不高，极易破碎，使用过程中膜易产生缺陷。为解决上述问题，金属有机骨架材料因其具有与聚合物之间良好的相容性、高孔隙率和比表面积等优势，作为混合基质膜中的优良填充材料得到了广泛关注，即柔性的聚合物材料中与刚性的金属有机框架材料进行简单混合。柔性的高分子聚合物具有良好的可加工性，将其引入金属有机框架材料中可以在一定程度上结合二者的优势，改善金属有机框架材料的力学性能，提高金属有机框架材料的稳定性与可加工性。

基于以上内容，开发一种可实时实地、简单快捷且成本低廉的水体铜、镉离子荧光检测薄膜是非常有意义的。通过将薄膜与手持式荧光光谱仪结合使用，可通过检测薄膜光谱变化进而实现铜、镉离子浓度的检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供多种负载金属有机框架的薄膜及其制备方法，从而开发多种可以快速方便成本低的铜、镉离子检测薄膜。

本发明采用如下技术方案：

一种用于水体中金属离子实时检测的荧光薄膜，所述的金属离子为铜、镉离子，所述薄膜采用70～80重量份的高分子聚合物和20～30重量份的金属有机框架材料混合制备得到。