[发明专利]聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纤光栅重金属离子检测方法

说明书

本发明提出一种聚多巴胺‑氧化石墨烯涂覆光纤光栅重金属离子检测方法，通过制备聚多巴胺‑氧化石墨烯材料，并在长周期光纤光栅表面沉积聚多巴胺‑氧化石墨烯材料，利用重金属离子与光栅栅区表面沉积的聚多巴胺‑氧化石墨烯材料结合起到改变周围折射率、进而改变光耦合模式的作用，最后通过高分辨光谱分析仪观察到不同浓度、不同种类重金属离子分散液引起不同模式耦合下对应的光谱变化，实现对重金属离子的光谱检测。所述检测方法实现装置结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广，实用性较强。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感器及重金属离子检测领域，具体涉及一种聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纤光栅重金属离子检测方法。

背景技术

光纤光栅具有抗电磁干扰、实时监测功能和机械强度等优点，在光学传感和光通信领域有着广泛的应用。长周期光纤光栅(LPFGs)可以周期性地将来自光纤芯模的光耦合到高阶包层模，产生穿透到光纤包层外部的倏逝波，在化学和生化传感方面具有很大的潜力。氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)是石墨烯的重要衍生物，具有与石墨烯相似的性质，因其具有较大的比表面积而备受关注，并可被多种官能团修饰，包括羟基、羧基和羰基。一些研究成果展示了黑磷(BP)、碳纳米管(CNT)和氧化石墨烯(GO)等重金属传感器技术。本发明中，使用聚多巴胺对氧化石墨烯进行功能化，提高了氧化石墨烯的吸附性能，在微锥型长周期光纤光栅这一光学器件上实现了对重金属离子的高灵敏度检测。

发明内容

本发明针对现有技术，提供一种聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纤光栅重金属离子检测方法，所述微锥型长周期光纤光栅，通过制备聚多巴胺-氧化石墨烯材料，对材料进行表征之后沉积在微锥型长周期光纤光栅表面，对重金属离子的水分散液进行了检测，装置结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广，实用性较强。

本发明解决上述技术问题的具体方案如下：

一种聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆光纤光栅的重金属离子检测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、制备聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆的光纤光栅；

步骤二、将步骤一制备的光纤光栅的一端连接宽带光源，将光纤光栅涂覆有聚多巴胺-氧化石墨烯的栅区部分放置在V型槽容器内，将光纤光栅的另一端连接高分辨光谱分析仪；

步骤三、向所述V型槽容器内滴加重金属离子分散液，滴入后的重金属离子与光栅栅区表面涂覆的聚多巴胺-氧化石墨烯材料结合起到改变周围折射率、进而改变光耦合模式的作用，最后通过高分辨光谱分析仪观察到不同浓度、不同种类重金属离子分散液引起不同模式耦合下对应的光谱变化，实现对重金属离子的光谱检测。

进一步的根据本发明所述的重金属离子检测方法，其中所述聚多巴胺-氧化石墨烯涂覆的光纤光栅为在长周期光纤光栅的光栅区域上形成有聚多巴胺-氧化石墨烯沉积层的光纤光栅。

进一步的根据本发明所述的重金属离子检测方法，其中步骤一具体包括以下步骤：

(1)制备浓度为0.05-0.2g/L的聚多巴胺分散液；

(2)制备浓度为0.5-2g/L的氧化石墨烯分散液；

(3)将步骤(1)制得的聚多巴胺分散液和步骤(2)制得的氧化石墨烯分散液按照体积比4:6-7:3混合制得聚多巴胺-氧化石墨烯混合分散液；

(4)准备长周期光纤光栅，并通过将其依次浸泡在1-3Mol/L的NaOH溶液和体积比浓度为1％-10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷缓冲液中进行硅烷化处理，得到硅烷化长周期光纤光栅；

(5)将步骤(3)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯混合分散液滴加在步骤(4)制得的硅烷化长周期光纤光栅的栅区部分，通过光镊效应及热沉积，将聚多巴胺-氧化石墨烯均匀沉积在长周期光纤光栅的栅区表面，在栅区表面涂覆形成聚多巴胺-氧化石墨烯沉积层。