[发明专利]基于智能凝胶光栅的Pb2+

摘要

本发明提供了一种基于智能凝胶光栅的Pb2+光学检测装置，包括激光器、石英样品池、凝胶光栅、硅光电探测器、数据采集系统、计算机处理系统、控温热台、定位件和阻尼隔振光学平台，凝胶光栅由石英玻璃片和附着在石英玻璃片上的相互平行的凝胶条组成，凝胶条之间的间隙为凝胶光栅的狭缝，凝胶光栅的石英玻璃片固定于石英样品池的内壁上，凝胶光栅的狭缝垂直于水平面，石英样品池位于激光器与硅光电探测器之间且置于控温热台上的加热平台上，硅光电探测器经数据采集系统与计算机处理系统连接。本发明还提供了基于智能凝胶光栅的Pb2+光学检测方法，该方法能实现对10‑9～10‑6mol/L浓度级别的Pb2+的检测。

主权项

1.基于智能凝胶光栅的Pb2+光学检测装置，包括激光器(1)、石英样品池(2)、凝胶光栅(3)、硅光电探测器(4)、数据采集系统(5)、计算机处理系统(6)，凝胶光栅(3)由石英玻璃片(3‑1)和附着在石英玻璃片上的相互平行的凝胶条(3‑2)组成，凝胶条之间的间隙为凝胶光栅的狭缝，硅光电探测器(4)包括用于探测零级衍射光强度的第一硅光电探测器(4‑1)和用于探测一级衍射光强度的第二硅光电探测器(4‑2)，其特征在于还包括控温热台(7)、固定设置在控温热台的加热平台上的定位件(8)、阻尼隔振光学平台，凝胶光栅的凝胶条的材质为聚(N‑异丙基丙烯酰胺‑共聚‑苯并‑18‑冠6)水凝胶，凝胶光栅(3)的石英玻璃片固定于石英样品池(2)的内壁上，凝胶光栅的狭缝垂直于水平面，石英样品池置于控温热台上的加热平台上并通过定位件固定位置，石英样品池位于激光器与硅光电探测器之间，激光器发出的激光束垂直照射凝胶光栅并产生衍射透出石英样品池，第一硅光电探测器(4‑1)与第二硅光电探测器(4‑2)分别对准零级衍射和一级衍射的光斑，硅光电探测器(4)与数据采集系统连接，数据采集系统与计算机处理系统连接；激光器(1)、控温热台(7)、硅光电探测器(4)、数据采集系统(5)和计算机处理系统(6)安装在阻尼隔振光学平台上；向石英样品池中注入含Pb2+的水样时，凝胶光栅的凝胶条会选择性地络合水样中的Pb2+，使聚(N‑异丙基丙烯酰胺‑共聚‑苯并‑18‑冠6)水凝胶的静电斥力和亲水性增大导致凝胶条发生体积溶胀，引起凝胶光栅的衍射效率增大，凝胶光栅的制作方法如下：①以N‑异丙基丙烯酰胺、苯并‑18‑冠6为单体，以偶氮二异丁基脒二盐酸盐为引发剂，以N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将单体、引发剂、交联剂溶解于水中形成凝胶前驱液；凝胶前驱液中，N‑异丙基丙烯酰胺的浓度为0.5～1.5mol/L，苯并‑18‑冠‑6与N‑异丙基丙烯酰胺的摩尔比为(1～5):20，引发剂与N‑异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1:(30～70)，交联剂与N‑异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1:(20～100)；②将凝胶前驱液滴到石英玻璃片上，然后将凝胶光栅模板压在凝胶前驱液上，在0℃～10℃用紫外光穿过凝胶光栅模板照射凝胶前驱液，引发凝胶光栅模板与石英玻璃片之间的凝胶前驱液发生交联反应，揭除凝胶光栅模板，得到凝胶光栅。