一種用于測定氧的多孔塑料光纖探頭的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種多孔塑料光纖氧傳感探頭的制備方法，它屬于塑料的加工成型類的制備方法。其工藝步驟如下：（１）５０％－５６％功能單體，２５％－３０％交聯劑，２５％－３０％致孔劑，０．５％引發劑以及指示劑，用液相泵將由甲基丙烯酸四氟丙酯和甲基丙烯酸異丁酯組成的功能單體、雙甲基丙烯酸一縮二乙二醇酯的交聯劑、甲苯致孔劑、偶氮二異丁氰引發劑和金屬釕化合物的指示劑組成的原料混合液連續不斷注入毛細管，保持２０ｃｍ長度的毛細管在６０℃水浴加熱２４小時，使聚合完全，得高分子交聯聚合物；（２）取出高分子交聯聚合物，放入無水乙醇的惰性有機萃取劑中浸泡１２ｈ，萃取后即得多孔塑料功能光纖。該方法消除了聚合物縮聚產生的影響，提高了制備方法的重現性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種多孔塑料光纖氧傳感探頭的制備方法，確切的說，它是屬于一種具有化學識別和檢測功能，能夠用于測定氣體和水溶液中氣體物質濃度的有機高分子功能聚合材料的制備方法，屬于塑料的加工成型類的制備方法。
技術介紹
氧與許多重要的化學及生化反應密切相關，因此，在化學工業、醫療保健、生物學、環保、生態以及食品衛生等許多領域的研究中氧濃度測定的地位越來越重要，由于光學氧傳感器具有高的靈敏度和分辨力、不受電磁干擾、它和光纖技術結合，可對危險環境進行遠程、連續和在線監控，近年來，得到了人們的極大關注，尤其是基于熒光猝滅原理的氧傳感器(fluorescence quenching based oxygen sensors，FQOS)，可被用來確定氣態分子氧、水溶液及生物流體中氧的濃度具有廣泛的應用前景和巨大的潛在市場。基于熒光猝滅原理的氧傳感器主要通過檢測氧指示劑被分子氧或溶解氧猝滅時，其輻射熒光強度的變化來檢測氧分子的質量分數。氧敏感頭設計是該傳感器研究的核心，其一般是由包含有氧指示劑的聚合體(染色劑載體)制作而成的薄膜-氧敏感膜。通常，氧指示劑被嵌入到某一載體材料中，這種載體材料不僅承擔染色劑的“溶劑”功能，同時，也提供提高染色劑選擇性的手段，使得氧敏感膜對別的猝滅劑如重金屬離子和陰離子等具有不透性，保護敏感膜免和環境中干擾氧氣響應的物質接觸。一般來說，載體材料的特性強烈影響指示劑發光的氧猝滅性能，同時對光敏感膜的機械性能、化學穩定性及指示劑的溶解性能也有強烈影響。對實際應用，要求載體應具有高的氧氣可穿透性、良好的化學物理穩定性、在可見光譜范圍內好的光傳輸特性和對氧指示劑的良好的可溶性。聚合體材料能較好地滿足上述要求，同時聚合體材料相對低的價格、相對簡單的制作技術(不需要專門的潔凈房間或高溫處理)、能被沉積在不同類型的基底材料上，分子結構選擇范圍寬和它們良好的化學物理特性使其成為氧指示劑的良好載體環境。聚甲基丙烯酸脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、蟻酸丁基纖維素、硅膠、溶膠-凝膠和硅橡膠等不同的聚合體材料都曾被報道用來作為氧指示劑載體。盡管近年來常規的光纖化學傳感探頭得到一些發展，但仍有許多關鍵性的問題亟待解決(1)光纖探頭常規的涂覆或鍍膜方法其光敏指示劑負載量有限，可靠性差，靈敏度無法提高。(2)指示劑泄漏現象嚴重，相應信號隨指示劑的漂白和流失而漂移，極大影響探頭的穩定性和使用壽命。多孔光纖傳感器是一種剛剛興起的靈敏度高、試劑相負載方便的光纖化學傳感器。經文獻檢索可知福州大學的專利技術人謝增鴻、郭良洽、鄭向華、林旭聰、陳國南已經申請了關于“多孔塑料光纖探頭制備方法”的國家專利技術專利(專利號02102914.8)。它能很好地解決了指示劑的負載問題，而且制備過程簡單，所制備的多孔塑料光纖傳感探頭的化學、物理性質穩定，指示劑不易泄漏。但由于采用程序升溫直接加熱，多孔塑料光纖探頭受熱較為不均勻，降低了其制備上的重現性。且該制備方法將聚合液密封在毛細管內進行聚合，由于聚合物的縮聚作用，所制備的多孔塑料光纖傳感探頭在聚合過程中易產生斷裂或造成聚合的不均勻性。
技術實現思路
本專利技術的目的是在原有的多孔塑料光纖探頭制備方法的基礎上加以改進，提供一種制備多孔塑料光纖氧傳感探頭的方法。本專利技術是這樣實現的其工藝步驟如下(1)各組分的體積百分比如下50％-56％功能單體，25％-30％交聯劑，25％-30％致孔劑，0.5％引發劑以及指示劑，用液相泵將由甲基丙烯酸四氟丙酯和甲基丙烯酸異丁酯組成的功能單體、雙甲基丙烯酸一縮二乙二醇酯交聯劑、甲苯致孔劑、偶氮二異丁氰引發劑和金屬釕化合物指示劑組成的原料混合液連續不斷注入毛細管，保持20cm長度的毛細管在60℃水浴加熱24小時，使聚合完全，冷卻至室溫，得高分子交聯聚合物；(2)取出高分子交聯聚合物，放入無水乙醇的惰性有機萃取劑中浸泡12h，萃取致孔劑和過量的吸附在表面的指示劑，即得多孔塑料功能光纖。該方法采用連續注入聚合原料混合液，在線聚合多孔塑料光纖氧傳感探頭，消除了聚合物縮聚產生的影響。且在聚合過程中采用水浴加熱解決了多孔塑料光纖氧傳感探頭在制備過程中受熱不均勻的問題，提高了制備方法的重現性。以下將結合附圖對本專利技術工藝作進一步的描述；附圖說明圖1為制備多孔塑料光纖氧傳感器的裝置圖；圖2為本專利技術的工藝流程圖；圖3為光纖探頭連接熒光分光光度計的簡圖；圖4為光纖探頭連接紫外可見分光光度計的簡圖；從圖1、圖3、圖4可知其中1為聚合物混合液，2為液相泵，3為水浴恒溫裝置，4為廢液接收器，5為光源，6為普通傳光光纖，7為聚四氟乙烯管，8為多孔塑料功能光纖，9為普通傳光光纖，10為檢測器。從圖2可知其中A為功能單體，B為交聯劑，C為指示劑，D為致孔劑，E為引發劑，F為多孔塑料光纖探頭。本專利技術的交聯共聚方法制備多孔塑料光纖探頭的工藝步驟如下聚合原料預處理→配制聚合混合液→注入毛細管→60℃水浴聚合→浸泡、萃取→光纖耦合以下給出本專利技術的具體實施例聚合混合液先將甲基丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸異丁酯和雙甲基丙烯酸一縮二乙二醇酯進行預處理以除去阻聚劑。根據如下體積百分比配制聚合混合液25％甲基丙烯酸四氟丙酯(TFPM)；25％甲基丙烯酸異丁酯(IBM)；25％雙甲基丙烯酸二乙二醇酯(DGDM)；25％致孔劑為甲苯；0.5％(w/w)偶氮二異丁氰(AIBN)，少量的釕(II)-三-4，7-二苯基-1，10-鄰菲咯啉高氯酸鹽復合物(1.25×10-3mol/L)。將聚合原料混合液混合均勻。聚合用液相泵將聚合原料混合液連續不斷注入毛細管，保持約20cm長度的毛細管在60℃水浴加熱24小時，使聚合完全，截取一定的長度，冷卻至室溫，得高分子交聯聚合物，將聚合物從毛細管中取出。后處理將聚合成的交聯高分子聚合物放入無水乙醇中浸泡2小時，最后將多孔塑料光纖探頭固定在自制密封流通池里，用一根雙臂光纖(Oction Optic Inc.)將流通池、光源(LS-4500ction OpticInc.)、檢測器(USB2000，Oction Optic Inc.)三者連接，所得的數據記錄于電腦。測定性能將探頭放入不同濃度的溶解氧標準溶液中進行熒光測試。探頭的響應特性探頭對7-8ppm的溶解氧的響應時間為1.5min猝滅比為4.0，線性范圍為0.4-15ppm，檢測限為0.15ppm。本專利技術具體制備步驟如下(1)功能單體和交聯劑的預處理功能單體及交聯劑用NaOH溶液洗滌除去阻聚劑，再用二次蒸餾水洗至中性，用無水MgSO4干燥，過濾，最后用真空旋轉蒸發儀減壓蒸餾除去水分，備用；(2)聚合原料混合液的配制根據配比，混合功能單體、交聯劑、致孔劑和引發劑，加入一定量的指示劑，用旋渦混合器混勻，通入氮氣除去溶解氧，超聲波振蕩10min，制得聚合原料混合液；(3)多孔塑料功能光纖的制備如圖1所示用液相泵將聚合原料混合液連續不斷注入毛細管，保持約20cm長度的毛細管在60℃水浴加熱24小時，使聚合完全，截取一定的長度，冷卻至室溫，得高分子交聯聚合物。取出高分子交聯聚合物，放入惰性有機萃取劑中浸泡12h，萃取致孔劑和過量的吸附在表面的指示劑，即得多孔塑料功能光纖；(4)多孔塑料光纖探頭的加工技術截取適當長度的多孔塑料功能光纖，應用化學或物理方法進行拋光處理本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于測定氧的多孔塑料光纖探頭的制備方法，其特征在于：其工藝步驟如下：（１）各組分的體積百分比如下：５０％－５６％功能單體，２５％－３０％交聯劑，２５％－３０％致孔劑，０．５％引發劑以及指示劑，用液相泵將由甲基丙烯酸四氟丙酯和甲基丙烯酸異丁酯組成的功能單體、雙甲基丙烯酸一縮二乙二醇酯交聯劑、甲苯致孔劑、偶氮二異丁氰引發劑和金屬釕化合物指示劑組成的原料混合液連續不斷注入毛細管，保持２０ｃｍ長度的毛細管在６０℃水浴加熱２４小時，使聚合完全，冷卻至室溫，得高分子交聯聚合物；（２）取出高分子交聯聚合物，放入無水乙醇的惰性有機萃取劑中浸泡１２ｈ，萃取致孔劑和過量的吸附在表面的指示劑，即得多孔塑料功能光纖。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝增鴻，陳國南，郭良洽，林旭聰，倪沁顏，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：35[中國|福建]