基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法。該裝置采用納米杯陣列傳感器件作為工作電極，與參考電極和對(duì)電極組成三電極系統(tǒng)，并檢測(cè)電化學(xué)反應(yīng)時(shí)器件的光學(xué)透射，納米杯陣列傳感器件表面規(guī)則分布納米級(jí)直徑的納米杯結(jié)構(gòu)，其上濺射沉積納米金顆粒；本發(fā)明首先配制待測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，并建立標(biāo)準(zhǔn)濃度-透射峰位移曲線，獲得的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式，再檢測(cè)未知濃度的離子溶液在電化學(xué)反應(yīng)下引起器件的透射，從而代入獲得的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式得到溶液離子濃度；本發(fā)明檢測(cè)離子的方法克服了現(xiàn)有離子光學(xué)檢測(cè)方法的不足，具有選擇性好、不易受樣品影響等優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)需額外的檢測(cè)標(biāo)記物質(zhì)，簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程，降低了檢測(cè)成本。
【專利說(shuō)明】基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于納米杯陣列器件的離子檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中，化學(xué)物質(zhì)往往以離子的形式存在，對(duì)人類的生產(chǎn)生活發(fā)揮著巨大的影響。在醫(yī)藥領(lǐng)域，人體內(nèi)DNA和一些生物酶呈現(xiàn)陰離子性質(zhì)；在環(huán)境方面，水體中的汞、鉛、鎘等重金屬離子具有很大的毒性，威脅人體健康。因此，對(duì)離子的檢測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。光學(xué)檢測(cè)技術(shù)是利用物質(zhì)所具有的各種光學(xué)性質(zhì)，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析的檢測(cè)方法。其中，納米杯陣列、納米顆粒等器件利用納米尺度結(jié)構(gòu)引起的等離子共振對(duì)光學(xué)透射的影響進(jìn)行離子檢測(cè)。其具有能夠?qū)崟r(shí)、快速、非接觸檢測(cè)的特點(diǎn)，但在檢測(cè)中受光程和樣品渾濁度的影響并需要額外的標(biāo)記分子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同離子的選擇性響應(yīng)和較高的靈敏度。電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)電化學(xué)原理和物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的方法。其利用離子的不同溶出電位實(shí)現(xiàn)特異性檢測(cè)，具有較好的選擇性。本發(fā)明在光學(xué)檢測(cè)的基礎(chǔ)上引入電化學(xué)檢測(cè)方法,通過(guò)光學(xué)方法檢測(cè)離子在電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)離子的檢測(cè)。相比較傳統(tǒng)的單一光學(xué)檢測(cè)，這種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法具有選擇性好、不易受樣品影響等優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)需額外的檢測(cè)標(biāo)記物質(zhì)，簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程，降低了檢測(cè)成本。因此，本發(fā)明在離子檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種光電聯(lián)用納米杯器件檢測(cè)裝置，它包括:環(huán)境室、載物臺(tái)、電化學(xué)反應(yīng)腔、光學(xué)檢測(cè)部件和電化學(xué)檢測(cè)電路板；其中，環(huán)境室由環(huán)境室底座、環(huán)境室定位扣、環(huán)境室外殼、固定支架和電腦通訊接口組成；環(huán)境室外殼通過(guò)環(huán)境室定位扣固定在環(huán)境室底座上，形成一個(gè)密閉環(huán)境；固定支架焊接于環(huán)境底座上，光學(xué)檢測(cè)部件包括氙燈光源和CCD攝像頭，電化學(xué)檢測(cè)模塊和氙燈光源均固定在環(huán)境室內(nèi)，載物臺(tái)和CCD攝像頭安裝在固定支架上，CCD攝像頭通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)光纖與電腦通訊接口相連；電化學(xué)反應(yīng)腔水平放置于載物臺(tái)之上，包括電化學(xué)參考電極、電化學(xué)對(duì)電極、納米杯陣列傳感器件，納米杯陣列傳感器件放置于電化學(xué)反應(yīng)腔的腔體的底部，由導(dǎo)線引出作為工作電極，參考電極和對(duì)電極固定于電化學(xué)反應(yīng)腔的腔體的上部，納米杯陣列傳感器件表面規(guī)則分布納米級(jí)直徑的納米杯結(jié)構(gòu)，其上濺射沉積納米金顆粒。
[0005]應(yīng)用上述光電聯(lián)用納米杯器件傳感裝置檢測(cè)離子的方法，包括以下步驟:
(I)配制待測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液:采用lg/L待測(cè)離子的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液稀釋配制為5-9種相應(yīng)濃度梯度的離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液；稀釋底液為含有2mmol/L K3[Fe (CN)6]和lmol/LKCl的水溶液；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液用聚四氟乙烯瓶盛放；所有器皿均需稀硝酸浸泡48 h以上后，用超純水沖洗干凈并烘干；
(2)檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度:采用光學(xué)-電化學(xué)聯(lián)用的方法檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度；在電化學(xué)反應(yīng)腔內(nèi)加入離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，以納米杯陣列傳感器件作為工作電極，與參考電極和對(duì)電極組成三電極系統(tǒng)，電化學(xué)檢測(cè)采用溶出伏安法，設(shè)置為:富集電位-1.05V，富集時(shí)間60s，靜息時(shí)間10s，溶出掃描電位范圍-0.7V到-0.2V，掃描步進(jìn)0.02V/s ;光學(xué)檢測(cè)為透射模式，參數(shù)設(shè)置為:光譜范圍300-800nm，光譜掃描步進(jìn)lnm，光譜記錄時(shí)間間隔5s ；
(3)建立標(biāo)準(zhǔn)濃度-透射峰位移曲線；在電化學(xué)反應(yīng)腔中分別加入不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液，依次重復(fù)步驟2，獲得相應(yīng)光學(xué)檢測(cè)透射峰位移(起始時(shí)與檢測(cè)時(shí)透射峰最高點(diǎn)波長(zhǎng)的差值)，得到離子濃度與光學(xué)透射峰位移曲線，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線y=ax+b，其中，X為離子濃度，y為光學(xué)透射峰位移，a和b為常數(shù)；
(4)檢測(cè)未知溶液的離子濃度:在電化學(xué)反應(yīng)腔內(nèi)加入未知濃度的待測(cè)離子溶液，以納米杯陣列傳感器件作為工作電極，與參考電極和對(duì)電極，組成三電極系統(tǒng)，按步驟2檢測(cè)得光學(xué)透射峰位移數(shù)值，代入步驟3獲得的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式得溶液離子濃度。
[0006]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的光學(xué)離子檢測(cè)方法具有以下有益效果:本發(fā)明提供了一種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了離子的定量檢測(cè)。相比較傳統(tǒng)的單一光學(xué)檢測(cè)方法，具有選擇性好，靈敏度高和光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明檢測(cè)離子的方法克服了現(xiàn)有離子光學(xué)檢測(cè)方法的不足，具有選擇性好、不易受樣品影響等優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)需額外的檢測(cè)標(biāo)記物質(zhì)，簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程，降低了檢測(cè)成本。根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的裝置及方法可廣泛用于離子檢測(cè)的相關(guān)領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明所使用光學(xué)-電化學(xué)聯(lián)用納米杯器件檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明電化學(xué)反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明納米杯陣列器件結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明納米杯陣列器件作為工作電極時(shí)循環(huán)伏安曲線；
圖5是本發(fā)明納米杯器件在不同電流下的透射光譜；
圖6是本發(fā)明光學(xué)-電化學(xué)聯(lián)用檢測(cè)重金屬離子Pb2+的檢測(cè)結(jié)果圖；
圖7是本發(fā)明對(duì)不同濃度的金屬離子Pb2+的濃度測(cè)定結(jié)果圖；
圖中:環(huán)境室底座1、環(huán)境室定位扣2、電化學(xué)檢測(cè)電路板3、環(huán)境室外殼4、通訊線5、載物臺(tái)活動(dòng)旋鈕6、氙燈光源7、載物臺(tái)8、電化學(xué)反應(yīng)腔9、CCD攝像頭10、固定支架11、傳導(dǎo)光纖12、電腦通訊接口 13、參考電極91、對(duì)電極92、納米杯陣列傳感器件93、納米杯結(jié)構(gòu)14、納米金顆粒15。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述，但并不是限制本發(fā)明。
[0009]如圖1-3所示，本發(fā)明的光電聯(lián)用納米杯器件檢測(cè)裝置，包括:環(huán)境室、載物臺(tái)8、電化學(xué)反應(yīng)腔9、光學(xué)檢測(cè)部件、電化學(xué)檢測(cè)電路板3。其中，環(huán)境室由環(huán)境室底座1、環(huán)境室定位扣2、環(huán)境室外殼4、固定支架11和電腦通訊接口 13組成。環(huán)境室外殼4通過(guò)環(huán)境室定位扣2固定在環(huán)境室底座I上，形成一個(gè)密閉環(huán)境；固定支架11焊接于環(huán)境底座I上。電化學(xué)檢測(cè)模塊3和氙燈光源7均固定在環(huán)境室內(nèi)，載物臺(tái)8和CCD攝像頭10則安裝在固定支架11之上，通過(guò)載物臺(tái)活動(dòng)旋鈕6可調(diào)節(jié)載物臺(tái)8的位置。CXD攝像頭10信號(hào)傳導(dǎo)光纖12引出至電腦通訊接口 13。電化學(xué)反應(yīng)腔9包括電化學(xué)參考電極91、電化學(xué)對(duì)電極92、納米杯陣列傳感器件93，其水平放置于載物臺(tái)8之上。納米杯陣列傳感器件93放置于電化學(xué)反應(yīng)腔9底部，由導(dǎo)線引出作為工作電極，腔體內(nèi)充滿電解液，參考電極91、對(duì)電極92固定于電化學(xué)反應(yīng)腔上并浸沒(méi)于電解液中。納米杯陣列傳感器件93表面規(guī)則分布納米級(jí)直徑的納米杯結(jié)構(gòu)14，其上濺射沉積納米金顆粒15。
[0010]納米杯陣列傳感器件93利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)通過(guò)納米壓印方式構(gòu)建納米杯結(jié)構(gòu)14，并在表面濺射一層納米金顆粒15，其具有與傳統(tǒng)裸金電極相似的電化學(xué)特性。在使用其進(jìn)行離子檢測(cè)前，需檢測(cè)其電化學(xué)特性。在測(cè)試中，納米杯陣列傳感器件93作為工作電極，以Ag/AgCl電極作為參考電極91，以鉬絲作為對(duì)電極92，按圖2電化學(xué)反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)圖所示安裝，同時(shí)電化學(xué)反應(yīng)腔9內(nèi)加入鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀的混合溶液(I:l,5mM,底液為0.1M的KCl水溶液)作為電解液,使用電化學(xué)電路板3控制進(jìn)行循環(huán)伏安曲線掃描。具體測(cè)試參數(shù)為:初始電壓為-0.3V，終止電壓為0.7V，掃描步進(jìn)為0.02V/s。循環(huán)伏安曲線結(jié)果如圖4所示，納米杯陣列傳感器件的電化學(xué)特性與傳統(tǒng)裸金電極相似，可以作為電化學(xué)反應(yīng)中的工作電極。
[0011]同時(shí)，測(cè)試納米杯陣列傳感器件的在電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生下的光學(xué)透射特性。在氙燈照射下，納米杯陣列傳感器件能夠發(fā)生異常透射現(xiàn)象。當(dāng)在器件上施加相應(yīng)電壓產(chǎn)生電流時(shí)，其異常透射時(shí)的透射光譜透射峰位置隨電流大小變化而變化。測(cè)試中，納米杯陣列傳感器件93作為工作電極，以Ag/AgCl電極作為參考電極91，以鉬絲作為對(duì)電極92，在電化學(xué)反應(yīng)腔9中加入步驟2相同電解液，電化學(xué)參數(shù)設(shè)置為:以Ag/AgCl電極作為參考電極91，以鉬絲作為對(duì)電極92，按圖2電化學(xué)反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)圖所示安裝，同時(shí)電化學(xué)反應(yīng)腔9內(nèi)加入鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀的混合溶液(1:1，5mM，底液為0.1M的KCl水溶液)作為電解液，使用電化學(xué)電路板3控制進(jìn)行循環(huán)伏安曲線掃描。光學(xué)檢測(cè)模塊設(shè)置:光譜范圍為300-800nm，光譜掃描步進(jìn)為Inm,光譜記錄時(shí)間間隔為5s。隨著通過(guò)納米杯陣列傳感器件的電流增大，器件透射光譜透射峰位置發(fā)生右移。圖5為電流分別為0.7mA和1.5mA情況下的透射光譜。
[0012]應(yīng)用上述光電聯(lián)用納米杯器件傳感裝置檢測(cè)離子的方法，包括以下步驟:
1、配制待測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液。采用lg/L待測(cè)離子的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液稀釋配制為5-9種相應(yīng)濃度梯度的離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液。稀釋底液為2mmol/L K3[Fe (CN)6]和lmol/L KCl的水溶液。試劑用聚四氟乙烯瓶盛放，所有器皿均需稀硝酸浸泡48 h以上，用純水沖洗干凈，烘干后使用。
[0013]2、檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度。采用光-電化學(xué)聯(lián)用的方法檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度。在電化學(xué)反應(yīng)腔9內(nèi)加入離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，以納米杯陣列傳感器件93作為工作電極，及參考電極91和對(duì)電極92，組成三電極系統(tǒng)，按圖2電化學(xué)反應(yīng)腔9結(jié)構(gòu)圖所示安裝。電化學(xué)檢測(cè)一般采用溶出伏安法，設(shè)置為:富集電位-1.05V，富集時(shí)間60s，靜息時(shí)間10s，溶出掃描電位范圍-0.7V到-0.2V，掃描步進(jìn)0.02V/s。光學(xué)檢測(cè)為透射模式，具體見(jiàn)圖1檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖，參數(shù)設(shè)置為:光譜范圍300-800nm，光譜掃描步進(jìn)lnm，光譜記錄時(shí)間間隔5s。
[0014]3、建立標(biāo)準(zhǔn)濃度-透射峰位移曲線。在電化學(xué)反應(yīng)腔9中分別加入不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液，依次重復(fù)步驟2，獲得相應(yīng)光學(xué)檢測(cè)透射峰位移(起始時(shí)與檢測(cè)時(shí)透射峰最高點(diǎn)波長(zhǎng)的差值)。依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，得到離子濃度與光學(xué)透射峰位移曲線，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線y=ax+b (x為離子濃度，y為光學(xué)透射峰位移，a和b為常數(shù))。
[0015]4、檢測(cè)未知溶液的離子濃度。在電化學(xué)反應(yīng)腔內(nèi)加入未知濃度的離子溶液，以納米杯陣列傳感器件93作為工作電極，及參考電極91和對(duì)電極92，組成三電極系統(tǒng)，按圖2電化學(xué)反應(yīng)腔9結(jié)構(gòu)圖所示安裝。電化學(xué)檢測(cè)一般采用溶出伏安法，設(shè)置為:富集電位-1.05V,富集時(shí)間60s，靜息時(shí)間10s，溶出掃描電位范圍-0.7V到-0.2V，掃描步進(jìn)0.02V/S。光學(xué)檢測(cè)為透射模式，具體見(jiàn)圖1檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖，參數(shù)設(shè)置為:光譜范圍300-800nm,光譜掃描步進(jìn)lnm,光譜記錄時(shí)間間隔5s。檢測(cè)得光學(xué)透射峰位移數(shù)值,代入標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式得溶液離子濃度。
[0016]本發(fā)明中的納米杯陣列器件由納米壓印技術(shù)構(gòu)建直徑約為300納米的杯狀結(jié)構(gòu)，并在其上濺射納米金顆粒。在光學(xué)透射狀態(tài)下，納米杯與納米金顆粒兩種納米結(jié)構(gòu)耦合引起異常透射(extraordinary optical transmission, EOT)的等離子共振現(xiàn)象。如圖5所示，納米杯陣列傳感器件93的透射譜中透射峰位置器件表面電流大小有關(guān)。在光電聯(lián)用檢測(cè)中，納米杯陣列器件作為工作電極，利用不同濃度離子溶液在特定電壓下發(fā)生電化學(xué)溶出時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同大小電流的特性，通過(guò)同時(shí)檢測(cè)由離子電化學(xué)反應(yīng)時(shí)電流大小改變作用下的等離子共振引起的光學(xué)透射譜變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子的檢測(cè)。
實(shí)施例
[0017]一種基于納米杯陣列器件的光電聯(lián)用離子檢測(cè)方法，包括如下步驟:
1、采用lg/L重金屬標(biāo)準(zhǔn)忙備溶液硫酸鉛(PbSO4,購(gòu)自Sigma公司)稀釋配制濃度梯度為20iig/L、40iig/L、60iig/L、80iig/L和100 y g/L重金屬Pb2+標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液各100mL。同時(shí)配制濃度為50 u g/L的Pb2+溶液作為未知濃度待測(cè)溶液。稀釋底液為2mmol/L K3[Fe (CN)6]+lmol/L KCl溶液。試劑用聚四氟乙烯瓶盛放，所有器皿均需I M稀硝酸浸泡48 h以上,用純水沖洗干凈,烘干后使用。
[0018]2、在電化學(xué)反應(yīng)腔9中加入濃度為100 u g/L重金屬Pb2+標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液5mL，以納米杯陣列傳感器件93作為工作電極，以Ag/AgCl電極作為參考電極91，以鉬絲作為對(duì)電極92，按圖2電化學(xué)反應(yīng)腔9結(jié)構(gòu)圖所示安裝。電化學(xué)檢測(cè)采用溶出伏安法，設(shè)置為:富集電位-1.05V,富集時(shí)間60s，靜息時(shí)間10s，溶出掃描電位范圍-0.7V到-0.2V，掃描步進(jìn)
0.02V/s。光學(xué)檢測(cè)為透射模式，具體見(jiàn)圖1檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置為:光譜范圍300-800nm，光譜掃描步進(jìn)lnm，光譜記錄時(shí)間間隔5s。得到光學(xué)與電化學(xué)檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，光學(xué)透射峰位移數(shù)值為3lnm。
[0019]3、在電化學(xué)反應(yīng)腔9中分別加入濃度梯度為20 u g/L、40 u g/L、60 u g/L、80 u g/L重金屬Pb2+標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液各5mL，依次重復(fù)步驟2。得到光學(xué)透射峰位移數(shù)值分別為7nm、13 nm、21 nm和26 nm,從而建立重金屬濃度與光學(xué)透射峰位移曲線，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線y=0.31x+0.9129 (x為重金屬離子濃度，y為光學(xué)透射峰位移)。
[0020]4、在電化學(xué)反應(yīng)腔9中加入待測(cè)重金屬Pb2+溶液，重復(fù)步驟2，得到透射峰位移為17nm,將透射峰位移數(shù)值17nm帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線公式y(tǒng)=0.31x+0.9129 (x為重金屬離子濃度，y為光學(xué)透射峰位移)，得到重金屬Pb2+溶液的濃度應(yīng)為51.9 ii g/L。與重金屬Pb2+溶液的準(zhǔn)確濃度對(duì)照，其誤差約為(51.9-50) /50=3.8%。
【權(quán)利要求】
1.一種光電聯(lián)用納米杯器件檢測(cè)裝置，其特征在于，它包括:環(huán)境室、載物臺(tái)(8)、電化學(xué)反應(yīng)腔(9)、光學(xué)檢測(cè)部件和電化學(xué)檢測(cè)電路板(3);其中，環(huán)境室由環(huán)境室底座(I)、環(huán)境室定位扣(2)、環(huán)境室外殼(4)、固定支架(11)和電腦通訊接口(13)組成；環(huán)境室外殼(4)通過(guò)環(huán)境室定位扣(2)固定在環(huán)境室底座(I)上，形成一個(gè)密閉環(huán)境；固定支架(11)焊接于環(huán)境底座(I)上，光學(xué)檢測(cè)部件包括氙燈光源(7)和CCD攝像頭(10)，電化學(xué)檢測(cè)模塊(3 )和氙燈光源(7 )均固定在環(huán)境室內(nèi)，載物臺(tái)(8 )和CCD攝像頭(10 )安裝在固定支架(11)上，CXD攝像頭(10)通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)光纖(12)與電腦通訊接口(13)相連；電化學(xué)反應(yīng)腔(9)水平放置于載物臺(tái)(8)之上，包括電化學(xué)參考電極(91)、電化學(xué)對(duì)電極(92)、納米杯陣列傳感器件(93)，納米杯陣列傳感器件(93)放置于電化學(xué)反應(yīng)腔(9)的腔體的底部，由導(dǎo)線引出作為工作電極，參考電極(91)和對(duì)電極(92)固定于電化學(xué)反應(yīng)腔(9)的腔體的上部，納米杯陣列傳感器件(93)表面規(guī)則分布納米級(jí)直徑的納米杯結(jié)構(gòu)(14)，其上濺射沉積納米金顆粒(15)。
2.一種應(yīng)用上述光電聯(lián)用納米杯器件傳感裝置檢測(cè)離子的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配制待測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液:采用lg/L待測(cè)離子的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液稀釋配制為5-9種相應(yīng)濃度梯度的離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液；稀釋底液為含有2mmol/L K3 [Fe (CN)6]和lmol/LKCl的水溶液；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液用聚四氟乙烯瓶盛放；所有器皿均需稀硝酸浸泡48 h以上后，用純水沖洗干凈并烘干； (2)檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度:采用光學(xué)-電化學(xué)聯(lián)用的方法檢測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液中離子濃度；在電化學(xué)反應(yīng)腔(9)內(nèi)加入離子標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，以納米杯陣列傳感器件(93)作為工作電極，與參考電極(91)和對(duì)電極(92)組成三電極系統(tǒng)，電化學(xué)檢測(cè)采用溶出伏安法，設(shè)置為:富集電位-1.05V，富集時(shí)間60s，靜息時(shí)間10s，溶出掃描電位范圍-0.7V到-0.2V，掃描步進(jìn)0.02V/s ;光學(xué)檢測(cè)為透射模式，參數(shù)設(shè)置為:光譜范圍300-800nm,光譜掃描步進(jìn)Inm,光譜記錄時(shí)間間隔5s ； (3)建立標(biāo)準(zhǔn)濃度-透射峰位移曲線；在電化學(xué)反應(yīng)腔(9)中分別加入不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液，依次重復(fù)步驟2，獲得相應(yīng)光學(xué)檢測(cè)透射峰位移(起始時(shí)與檢測(cè)時(shí)透射峰最高點(diǎn)波長(zhǎng)的差值)，得到離子濃度與光學(xué)透射峰位移曲線，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線y=ax+b，其中，X為離子濃度，y為光學(xué)透射峰位移，a和b為常數(shù)； (4)檢測(cè)未知溶液的離子濃度:在電化學(xué)反應(yīng)腔內(nèi)加入未知濃度的待測(cè)離子溶液，以納米杯陣列傳感器件(93)作為工作電極，及參考電極(91)和對(duì)電極(92)，組成三電極系統(tǒng)，按步驟2檢測(cè)得光學(xué)透射峰位移數(shù)值，代入步驟3獲得的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式得溶液離子濃度。
【文檔編號(hào)】G01N21/552GK103776803SQ201410022251
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】劉清君, 張迪鳴, 王平, 盧妍利, 張倩 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)