專利名稱：一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備及檢測(cè)方法，屬于光學(xué) 傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺由于原料易得、合成簡(jiǎn)便、耐高溫及抗氧化性能良好 等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注，是目前公認(rèn)的最具有應(yīng)用潛力的導(dǎo)電聚合物材料之一。除突出 的電學(xué)性能外，聚苯胺還具有獨(dú)特的摻雜機(jī)制，優(yōu)異的物理化學(xué)性能，良好的光、熱穩(wěn)定性， 尤其是在不同的氧化電勢(shì)場(chǎng)及PH環(huán)境下，可發(fā)生一系列顏色變化，使得聚苯胺在光學(xué)材料 研究領(lǐng)域也正逐漸受到重視。光學(xué)傳感器是利用傳感材料光學(xué)性質(zhì)的變化，對(duì)被檢測(cè)物質(zhì) 做出響應(yīng)的一種新型傳感器，具有操作簡(jiǎn)便、設(shè)備成本低、響應(yīng)速度快、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu) 點(diǎn)。聚苯胺由于其獨(dú)特的光化學(xué)特性，對(duì)檢測(cè)物質(zhì)的豐富響應(yīng)，正逐漸成為光學(xué)傳感材料領(lǐng) 域的一個(gè)新熱點(diǎn)。但是由于聚苯胺分子主鏈上苯環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，分子鏈具有較強(qiáng)的剛性和 鏈間相互作用，使得其溶解性和成膜性差，相應(yīng)的加工性能也受到影響；現(xiàn)有的聚苯胺傳感 膜材料力學(xué)強(qiáng)度較差，難以形成均相體系，顯色不均勻，傳感檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，靈敏度不高，限 制了其在傳感器上的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備及檢測(cè)方法， 以解決上述聚苯胺傳感膜材料加工性能差、力學(xué)強(qiáng)度低、顯色性不好，傳感檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜， 靈敏度不高等問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備 方法，其特征在于，具體步驟為
第一步在室溫下，在攪拌釜中將本征態(tài)聚苯胺原料溶解在溶劑中，攪拌轉(zhuǎn)速為 50-200rpm，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%_15%的聚苯胺溶液；
第二步在室溫下，將混紡聚合物加入到第一步得到的聚苯胺溶液中，攪拌轉(zhuǎn)速為 200-1000rpm，混合均勻，得到混紡聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%_30%的溶液；
第三步在室溫、相對(duì)濕度為20%-60%的條件下，將第二步得到的溶液以0. l-4mL/h的 流速輸入到靜電紡絲設(shè)備的噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接10-40KV電源進(jìn)行靜電紡絲制備 納米復(fù)合纖維；
第四步將第三步紡出的納米復(fù)合纖維沉積到ITO導(dǎo)電玻璃上，隨后在室溫下真空干 燥4 h，再浸入0. 1-lmol/L的后處理溶液中，反應(yīng)5_20分鐘，用蒸餾水洗滌3次，最后在 40°C條件下真空干燥2h得到沉積有聚苯胺復(fù)合納米纖維膜的導(dǎo)電玻璃，即為聚苯胺復(fù)合 納米纖維膜光學(xué)傳感器。所述第一步中的溶劑為甲酸、三氟乙酸、全氟辛酸、六氟異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、 N, N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜、三氯甲烷、乙醇、二氯甲烷中的一種或兩種以上的混合物。所述第二步中的混紡聚合物為尼龍6、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、 醋酸纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯腈，聚氧化乙烯、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮中的 一種或兩種以上的混合物。所述第四步中的后處理溶液為鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨水、水合胼溶液、苯胼溶液、 硼氫化鈉溶液、過(guò)硫酸銨溶液、高錳酸鉀溶液中的一種或兩種以上的混合物。本發(fā)明還提供了一種采用上述方法制得的聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器進(jìn) 行物質(zhì)濃度檢測(cè)的方法，其特征在于，具體步驟為
將聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器放入待檢測(cè)物質(zhì)的溶液或氣體樣本中，靜置 l-5min，取出后在室溫25°C真空干燥2h ；利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收光譜，采用 Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并得到被檢測(cè)物濃度。所述的待檢測(cè)物質(zhì)為銅離子、鐵離子、鎳離子、鈷離子、鋅離子、汞離子、銀離子、鋁 離子、氫離子、氨氣、三甲胺、三乙胺、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、甲醛、乙醛、氯化氫以及二氧 化硫。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
(1)本發(fā)明通過(guò)溶液共混靜電紡絲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了聚苯胺與混紡聚合物的均相共混成纖。 通過(guò)該方法制備的納米復(fù)合纖維膜中聚苯胺與混紡組分混合均勻，無(wú)相分離情況發(fā)生。極 大的提高了聚苯胺納米纖維膜的機(jī)械性能，顯示出極好的柔韌性。聚苯胺分子均勻的分散 在納米纖維膜中，使得纖維膜顯色均勻，色彩飽和度高，有利于光譜信息的準(zhǔn)確測(cè)量。(2)本發(fā)明所提供的光學(xué)傳感器采用聚苯胺復(fù)合納米纖維膜為傳感材料，比普通 實(shí)心膜的比表面積提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，增大了聚苯胺同被檢測(cè)物質(zhì)的相互作用，提高傳感 響應(yīng)速度與檢測(cè)靈敏度，對(duì)銅離子、鐵離子、鎳離子、鈷離子、鋅離子、汞離子、銀離子、鋁離 子、氫離子的檢測(cè)范圍為10ppb-10000ppm。(3)本發(fā)明所提供的光學(xué)傳感器，使用設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，樣品不需要預(yù)處理，檢測(cè) 物質(zhì)范圍廣，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。以下實(shí)施例中的聚苯胺可以在Sigma中國(guó) 有限公司購(gòu)買到；紡絲用混紡聚合物和試劑可以在上海晶純?cè)噭┯邢薰举?gòu)買到；高壓電 源為天津東文高壓電源廠生產(chǎn)的DW-P303-1ACD8型；輸液系統(tǒng)為保定蘭格恒流泵有限公司 生產(chǎn)的LSP02-113型；光譜測(cè)量系統(tǒng)為上海復(fù)想光電科技有限公司生產(chǎn)的FX-4000+型。實(shí)施例1
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 02g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速50rpm攪拌溶 解在9. 93g甲酸和乙酸混合溶劑(重量比為5:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加 入0. 05g聚丙烯酰胺(分子量2000000)，以轉(zhuǎn)速200rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 2%、聚丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度30%的條件下，將共 混紡絲溶液溶液以1. 5mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接20kV電源進(jìn)行靜電 紡絲制備聚苯胺/聚丙烯酰胺共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭 之間的距離為IOcm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸
4入lmol/L的水合胼溶液中反應(yīng)10分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù) 合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)溶液為含微量鈷離子的水溶液，將傳感膜浸入待檢測(cè) 溶液中靜置5分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到溶液中鈷離子 的濃度為460ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)鈷離子水溶液的檢測(cè)范圍為50ppb-10000ppm。實(shí)施例2
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 5g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. 5g甲酸中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入Ig乙基纖維素(分子量200000)，以轉(zhuǎn) 速400rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、乙基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的共混紡絲溶 液。在室溫25°C、濕度42%的條件下，將共混紡絲溶液以1. 2mL/h的流速輸入到噴絲頭上， 同時(shí)將噴絲頭連接ISkV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯胺/乙基纖維素共混納米纖維；接收裝 置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為15cm;待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃 放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入lmol/L的水合胼溶液中反應(yīng)10分鐘，隨后在40°C 條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)溶液為含微量銅離子的水溶液，將傳感膜浸入待檢測(cè) 溶液中靜置5分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到溶液中銅離子 的濃度為250ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)銅離子水溶液的檢測(cè)范圍為10ppb-10000ppm。實(shí)施例3
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將1. 5g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速200rpm攪拌溶解 在7g甲酸和乙酸混合溶劑(質(zhì)量比為10:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入1. 5g 尼龍6 (分子量180000)，以轉(zhuǎn)速500rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、尼龍6質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為15%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度33%的條件下，將共混紡絲溶液以0. 4mL/ h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接30kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯胺/尼龍6 共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為16cm ；待紡絲完 成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入lmol/L的苯胼溶液中反應(yīng)20 分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)溶液為含微量銀離子的水溶液，將傳感膜浸入待檢測(cè) 溶液中靜置5分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到溶液中銀離子 的濃度為500ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)銀離子水溶液的檢測(cè)范圍為10ppb-10000ppm。實(shí)施例4
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 2g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在9. 6g甲酸和乙醇混合溶劑(質(zhì)量比為8:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入0. 2g 聚氧化乙烯(分子量200000)，以轉(zhuǎn)速300rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、聚氧化 乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度25%的條件下，將共混紡絲溶液 以0. 8mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接16kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯 胺/聚氧化乙烯共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為15cm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入0. lmol/L的 氨水溶液中反應(yīng)5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué) 傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量甲醇的空氣，將傳感膜放入待檢測(cè)氣 體槽中靜置1分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到甲醇的濃度為 600ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)甲醇?xì)怏w的檢測(cè)范圍為60ppb-10000ppm。實(shí)施例5
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 5g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. 5g甲酸和三氟乙酸混合溶劑(質(zhì)量比為8:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入 1 g醋酸纖維素(分子量30000)，以轉(zhuǎn)速600rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、醋酸纖 維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度40%的條件下，將共混紡絲溶液以 4mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接IOkV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯胺/醋 酸纖維素共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為5cm ； 待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入lmol/L的苯胼溶液 中反應(yīng)20分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)溶液為含微量鐵離子的水溶液，將傳感膜浸入待檢測(cè) 溶液中靜置5分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到溶液中鐵離子 的濃度為340ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)鐵離子水溶液的檢測(cè)范圍為30ppb-10000ppm。實(shí)施例6
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 4g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. 6g甲酸和六氟異丙醇混合溶劑(質(zhì)量比為4:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加 入Ig聚乳酸(分子量150000)，以轉(zhuǎn)速500rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、聚乳酸 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度50%的條件下，將共混紡絲溶液以2mL/ h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接25kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯胺/聚乳酸 共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為30cm ；待紡絲完 成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入0. lmol/L的鹽酸溶液中反應(yīng) 5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量氨氣的空氣，將傳感膜放入待檢測(cè)氣 體槽中靜置1分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到氨氣的濃度為 350ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)氨氣的檢測(cè)范圍為20ppb-10000ppm。實(shí)施例7
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 6g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. 4g甲酸和乙醇混合溶劑(質(zhì)量比為9:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入Ig聚 甲基丙烯酸甲酯(分子量700000)，以轉(zhuǎn)速IOOOrpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、聚 甲基丙烯酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度60%的條件下，將共混 紡絲溶液以4mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接40kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備
6聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之 間的距離為12cm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入
0.lmol/L的鹽酸溶液中反應(yīng)5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納 米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量三甲胺的空氣，將傳感膜放入待檢測(cè) 氣體槽中靜置1分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸 收光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到三甲胺的濃 度為150ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)三甲胺氣體的檢測(cè)范圍為50ppb-10000ppm。實(shí)施例8
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 2g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶 解在9g全氟辛酸和六氟異丙醇混合溶劑(質(zhì)量比為1:3)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液 中加入0. Sg聚丙烯酸(分子量250000)，以轉(zhuǎn)速IOOOrpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%、聚丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度40%的條件下，將共混紡絲 溶液以0. lmL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接25kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚 苯胺/聚丙烯酸共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為 12cm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入0. lmol/L的 鹽酸溶液中反應(yīng)5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué) 傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量甲醛的空氣，將傳感膜放入待檢測(cè)氣 體槽中靜置1分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到甲醛的濃度為 260ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)甲醛氣體的檢測(cè)范圍為40ppb-10000ppm。實(shí)施例9
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 8g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. 4g甲酸和二甲基亞砜混合溶劑(質(zhì)量比為6:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加 入0. 8g聚乙烯醇(分子量200000)，以轉(zhuǎn)速500rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、聚 乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度30%的條件下，將共混紡絲溶液以
1.8mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接25kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯胺/ 聚乙烯醇共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為15cm ； 待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入0. lmol/L的氨水溶 液中反應(yīng)5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量氯化氫的空氣，將傳感膜放入待檢測(cè) 氣體槽中靜置ι分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸 收光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到氯化氫的濃 度為600ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)氯化氫氣體的檢測(cè)范圍為60ppb-10000ppm。實(shí)施例10
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 4g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在8. Ig甲酸和N—甲基吡咯烷酮混合溶劑(質(zhì)量比為7:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液 中加入Ig聚丙烯腈(分子量35000)，以轉(zhuǎn)速600rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、聚丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度35%的條件下，將共混紡絲 溶液以2mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接20kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備聚苯 胺/聚丙烯腈共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之間的距離為 15cm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入lmol/L的苯 胼溶液中反應(yīng)20分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納米纖維光學(xué)傳 感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)溶液為含微量汞離子的水溶液，將傳感膜浸入待檢測(cè) 溶液中靜置5分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收 光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到溶液中汞離子 的濃度為140ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)汞離子水溶液的檢測(cè)范圍為20ppb-10000ppm。實(shí)施例11
室溫25°C條件下，在攪拌釜中將0. 5g聚苯胺(分子量65000)以轉(zhuǎn)速IOOrpm攪拌溶解 在6. 5g甲酸和四氫呋喃混合溶劑(質(zhì)量比為10:1)中，待聚苯胺完全溶解后，向溶液中加入 3g聚乙烯吡咯烷酮(分子量40000)，以轉(zhuǎn)速400rpm進(jìn)行攪拌，得到聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、 聚乙烯吡咯烷酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的共混紡絲溶液。在室溫25°C、濕度20%的條件下，將共 混紡絲溶液以2mL/h的流速輸入到噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接22kV電源進(jìn)行靜電紡絲制 備聚苯胺/聚乙烯吡咯烷酮共混納米纖維；接收裝置為ITO導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃與噴絲頭之 間的距離為15cm ；待紡絲完成后，將ITO導(dǎo)電玻璃放入真空烘箱中以25°C干燥4h，再浸入 0. lmol/L的氨水溶液中反應(yīng)5分鐘，隨后在40°C條件下真空干燥2h，即得到聚苯胺復(fù)合納 米纖維光學(xué)傳感器。傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，待檢測(cè)氣體為含有微量二氧化硫的空氣，將傳感膜放入待檢 測(cè)氣體槽中靜置1分鐘，取出后在室溫25°C真空干燥2h，利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和 吸收光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并通過(guò)換算，得到二氧化硫 的濃度為600ppb。多次實(shí)驗(yàn)可得傳感器對(duì)二氧化硫氣體的檢測(cè)范圍為60ppb-10000ppm。
權(quán)利要求
一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，具體步驟為第一步在室溫下，在攪拌釜中將本征態(tài)聚苯胺原料溶解在溶劑中，攪拌轉(zhuǎn)速為50 200rpm，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2% 15%的聚苯胺溶液；第二步在室溫下，將混紡聚合物加入到第一步得到的聚苯胺溶液中，攪拌轉(zhuǎn)速為200 1000rpm，混合均勻，得到混紡聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% 30%的溶液；第三步在室溫、相對(duì)濕度為20% 60%的條件下，將第二步得到的溶液以0.1 4mL/h的流速輸入到靜電紡絲設(shè)備的噴絲頭上，同時(shí)將噴絲頭連接10 40KV電源進(jìn)行靜電紡絲制備納米復(fù)合纖維；第四步將第三步紡出的納米復(fù)合纖維沉積到ITO導(dǎo)電玻璃上，隨后在室溫下真空干燥4 h，再浸入0.1 1mol/L的后處理溶液中，反應(yīng)5 20分鐘，用蒸餾水洗滌3次，最后在40℃條件下真空干燥2h得到沉積有聚苯胺復(fù)合納米纖維膜的導(dǎo)電玻璃，即為聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于， 所述第一步中的溶劑為甲酸、三氟乙酸、全氟辛酸、六氟異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N, N-二 甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜、三氯甲烷、乙醇、二氯甲烷中的一 種或兩種以上的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于， 所述第二步中的混紡聚合物為尼龍6、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、醋酸纖維 素、乙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯腈，聚氧化乙烯、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或兩 種以上的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于， 所述第四步中的后處理溶液為鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨水、水合胼溶液、苯胼溶液、硼氫化鈉 溶液、過(guò)硫酸銨溶液、高錳酸鉀溶液中的一種或兩種以上的混合物。
5.采用權(quán)利要求1所述方法制得的聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器進(jìn)行物質(zhì)濃度 檢測(cè)的方法，其特征在于，具體步驟為將聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器放入待檢測(cè)物質(zhì)的溶液或氣體樣本中，靜置 l-5min，取出后在室溫25°C真空干燥2h ；利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收光譜，采用 Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并得到被檢測(cè)物濃度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的待檢測(cè)物質(zhì)為銅離子、鐵離子、鎳離 子、鈷離子、鋅離子、汞離子、銀離子、鋁離子、氫離子、氨氣、三甲胺、三乙胺、甲醇、乙醇、丙 醇、異丙醇、甲醛、乙醛、氯化氫以及二氧化硫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器的制備和檢測(cè)方法。所述制備方法為將本征態(tài)聚苯胺原料溶解；將混紡聚合物加入到聚苯胺溶液中；將溶液進(jìn)行靜電紡絲制備納米復(fù)合纖維；將納米復(fù)合纖維沉積到ITO導(dǎo)電玻璃上得到沉積有聚苯胺復(fù)合納米纖維膜的導(dǎo)電玻璃，即為聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器。所述檢測(cè)方法為將聚苯胺復(fù)合納米纖維膜光學(xué)傳感器放入待檢測(cè)物質(zhì)的溶液或氣體樣本中，靜置，真空干燥；利用光譜測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)其反射和吸收光譜，采用Lab顏色模式和RGB顏色模式計(jì)算顏色變化值，并得到被檢測(cè)物濃度。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，樣品不需要預(yù)處理，檢測(cè)物質(zhì)范圍廣，檢測(cè)靈敏度高、并可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
文檔編號(hào)C03C17/28GK101973713SQ20101028979
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者丁彬, 俞建勇, 孫剛, 斯陽(yáng) 申請(qǐng)人:東華大學(xué)