[发明专利]一种高灵敏性离子检测装置及其应用

说明书

本发明提供了一种高灵敏性离子检测装置，由光探测器、离子检测活性区域、透明基底和光发射器组成。其中，离子检测活性区域采用丝网印刷的方式将稀土金属骨架结构有机化合物醇溶液涂覆于柔性玻璃、FTO、ITO等透明基底表面，并通过红外烧结或低温干燥的方式制备而成；所述离子检测活性区域中的活性物质由纳米片状和纳米线状共存的稀土金属骨架结构有机化合物A组成。该离子检测装置结构简单、操作易行，可用于Fe³⁺、F^‑、CO₃^2‑、PO₄^3‑等离子和柠檬酸分子的高灵敏检测。

技术领域

本发明属于荧光纳米材料的应用技术领域，特别是涉及一种高灵敏性离子检测装置及其应用。

背景技术

金属骨架结构有机化合物（MOF）是由金属离子位点和有机配体通过强共价键构建而成，具有结构多样性、超高孔隙率和易于表面修饰等诸多优异的理化性能。近年来，镧系金属MOF充分结合了镧系金属离子优异的发光性能和MOF多样的结构特性，展现出良好的荧光发光特性、高孔隙率和高比表面积，可与待测物充分接触，提高对待测物的选择性及灵敏性，因而在离子检测领域具有显著的应用潜力，如水循环系统和食品中重金属离子的吸附和检测，四环素、谷胱甘肽等药物的分离和分析，以及人类流体中胆红素的检测。

然而，此类材料存在两个显著问题亟待解决：（1）报道的大量稀土MOF具有聚集诱导发光特性，但颗粒级尺寸的MOF荧光发光强度不高。如何增强其荧光发光强度是一个重要的研究方向和应用需求。（2）颗粒尺寸的增大虽然可以提高其发光强度，但其在溶剂中的溶解效果显著降低。如何提高此类材料在溶剂中的分散性，这对其加工工艺复杂度和应用可行性的影响极为显著。

因此，本发明首先制备了一种纳米片状和纳米线状共存的MOF，显著提升了其荧光发光强度、水溶性和醇溶性。同时，使用此类稀土MOF制备了一种离子检测装置，可用于Fe³⁺、F^-、CO₃^2-、PO₄^3-等离子和柠檬酸分子的高灵敏检测。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高灵敏性离子检测装置，该离子检测装置结构简单、操作易行，可用于Fe³⁺、F^-、CO₃^2-、PO₄^3-等离子和柠檬酸分子的高灵敏检测。具体技术方案如下：

本发明提出的一种高灵敏性离子检测装置，由光探测器、离子检测活性区域、透明基底和光发射器组成。离子检测活性区域采用丝网印刷的方式将稀土金属骨架结构有机化合物醇溶液涂覆于柔性透明基底表面，并通过红外烧结或低温干燥的方式制备而成。所述离子检测活性区域中的活性物质由纳米片状和纳米线状的稀土金属骨架结构有机化合物A组成。红外干燥功率为100-500 W，干燥时间为10-30 min。低温干燥温度为60-120℃，干燥时间为5-90 min。

所述的稀土金属骨架结构有机化合物为纳米片状和纳米线状共存的稀土金属骨架结构有机混合荧光材料，制备过程包括以下步骤：

（1）将稀土金属盐、苯甲酸衍生物加入到N,N-二甲基甲酰胺混合溶液B中超声溶解，获得稀土金属前驱体液C；稀土金属盐和苯甲酸衍生物的质量比为1：（0.4-0.8），稀土金属盐和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液B的固液比为1：（1-5）；

（2）稀土金属前驱体液C在90-120 ℃的条件下反应4-8 h，获得稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液D；

（3）将稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液D冷冻干燥后，获得稀土金属骨架结构有机荧光材料粉末E。

所述的稀土金属盐包括含有稀土元素的卤化盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐和硫酸盐中的至少一种。所述稀土为铕、钆、铽、镝、钐和铥元素中的至少一种。