实现实时在线检测的co气体光谱传感器的用途
【专利摘要】本发明公开了一种实现实时在线检测的CO气体光谱传感器的用途，是在CO的吸附及SERS检测中的应用，CO气体光谱传感器的制备方法以正己烷为油相，将正己烷加入到金溶胶溶液中，在油水液/液两相界面上形成金纳米粒子膜；在加入正己烷后，还滴加乙醇；将金膜捞至ITO导电玻璃上，制备成单分散的且具有SERS增强效应的金膜固相基底；计时伏安法恒电流沉积Pt颗粒至金膜固相基底。本发明通过电化学方法选择合适的沉积条件沉积Pt颗粒，具有灵敏度高，制备方便，选择性高，性能优异等特点。
【专利说明】实现实时在线检测的CO气体光谱传感器的用途
[0001]本申请是申请号:201310359876.0、名称“高灵敏度的CO气体光谱传感器的制备方法”、申请日:2013.8.19的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及环境气体检测【技术领域】，是一种高灵敏度的CO气体光谱传感器的制备方法。
【背景技术】
[0003]传统的CO气体传感器主要是基于CO气体进入传感元件后发生氧化反应生成CO2气体，化学反应形成的电子流由电极引出后，经后端放大电路进行信号放大、调理，再送处理器进行采集处理。但此类检测方法具有设计制备复杂，不利于现场检测等缺点。目前，还有研究发展了一种光纤CO传感系统，其从分子结构和分子光谱理论出发，通过红外光谱，依据朗伯-比尔定律和光学信息处理技术，分析了采用光谱吸收方法通过光纤传输光信号的CO气体浓度检测机理。但此法也具有相应的缺点，如CO吸附较弱，红外光谱的检测灵敏度不高。
[0004]与此同时，表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种具有极高检测灵敏度的光谱检测手段逐渐地在各领域得到了应用，这种以贵金属纳米颗粒为基底的表面增强拉曼散射已成为分子探测与识别的有效手段之一，目前单分子的SERS检测已成为可能，因而得到了科学界的广泛关注和研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种既能有效吸附CO气体分子，又可以充分地利用表面增强拉曼光谱灵敏度高，分辨率好优势的高灵敏度的CO气体光谱传感器的制备方法。
[0006]本发明的技术解决方案是:
一种高灵敏度的CO气体光谱传感器的制备方法，其特征是:包括下列步骤:
(1)以正己烷为油相，将正己烷加入到金溶胶溶液中，金纳米粒径为30nm，加入的正己烷的体积为金溶胶溶液体积的1/5 —1/6，在油水液/液两相界面上形成金纳米粒子膜；通过提拉法将金膜捞至ITO导电玻璃上，制备成单分散的且具有SERS增强效应的金膜固相基底；
(2)采用计时伏安法恒电流沉积Pt颗粒至金膜固相基底，沉积溶液为ImM H2PtCl6 +
0.1mM H2SO4,沉积电流为IX 1(Γ4Α,沉积时间为10s。
[0007]金溶胶溶液的制备是通过柠檬酸钠还原得到，30nmAu纳米粒子的合成步骤:将100 mL浓度为1.0X10_4 g.mr1 HAuCl4水溶液在磁力搅拌下加热至沸腾，在搅拌的同时，加入新鲜配制的I mL 1.0X 10_2 g-πιΓ1柠檬酸三钠水溶液，3分钟之内溶液由透明淡黄色变为黑色，5分钟后溶液渐渐变为略带土黄的紫红色，继续搅拌回流15分钟，待溶胶自然冷却至室温。
[0008]步骤(I)在加入正己烷后，还滴加乙醇，起到压缩金膜，使其更加致密的作用。
[0009]本发明通过电化学方法选择合适的沉积条件沉积Pt颗粒，利用金膜的表面增强效应和Pt与CO分子的强化学吸附作用，充分发挥表面增强拉曼光谱(SERS)极高灵敏度及光谱分辨率高的特点，对CO气体分子实现实时在线检测。该方法具有灵敏度高，制备方便，选择性高，性能优异等特点。并且，在高电位下，吸附的CO分子又可通过电化学方法脱附，可实现检测基底的循环多次利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011]图1是本发明一个实施例的流程图。
[0012]图2是导电玻璃固相金膜基底不意图。
[0013]图3是计时伏安法沉积钼示意图。
[0014]图4是沉积钼颗粒的固相基底表面增强拉曼光谱图。
[0015]图5是固相检测基底吸附CO的表面增强拉曼谱图。
【具体实施方式】
[0016]一种高灵敏度的CO气体光谱传感器的制备方法，其特征是:包括下列步骤:
Cl)以正己烷为油相，将正己烷加入到金溶胶溶液中，金纳米粒径为30nm，加入的正己烷的体积为金溶胶溶液体积的1/5 —1/6，还滴加相当于金溶胶溶液体积0.5-5%的乙醇(也可不加)，起到压缩金膜，使其更加致密的作用，在油水液/液两相界面上形成金纳米粒子膜；通过提拉法将金膜捞至ITO (Indium tin oxide氧化铟锡)导电玻璃上,制备成单分散的且具有SERS增强效应的金膜固相基底；
金溶胶溶液的制备是通过朽1檬酸钠还原得到，30nmAu纳米粒子的合成步骤:将100mL浓度为1.0X 10_4 g.mL—1 HAuCl4水溶液在磁力搅拌下加热至沸腾,在搅拌的同时,加入新鲜配制的I mL 1.0X 10_2 g-πιΓ1柠檬酸三钠水溶液，3分钟之内溶液由透明淡黄色变为黑色，5分钟后溶液渐渐变为略带土黄的紫红色，继续搅拌回流15分钟，待溶胶自然冷却至室温。
[0017](2)采用计时伏安法恒电流沉积Pt颗粒至金膜固相基底，沉积溶液为I mM H2PtCl6+ 0.1mM H2SO4，沉积电流为I XlO-4A,沉积时间为10s。沉积电流过大，会导致出现较明显的析氢现象，沉积电流过小，易形成以电极表面扩散控制为主导，表面Pt颗粒易出现三维岛状螺旋错位生长模式，导致沉积的均匀性下降。
[0018]可以看到吸附CO气体前，在高波数区(2000-2100 cnT1)无任何SERS谱峰信号(如图4)。
[0019](3) CO的吸附及高灵敏SERS检测
将沉积Pt的金膜固相基底置入密闭容器中，通入CO气体，在沉积时间很少时，由于沉积的Pt的量较少，吸附的CO分子较少，SERS谱峰信号较弱，随着沉积时间的增加，Pt沉积量随之增加，高波数区域内CO分子的伸缩振动谱峰强度逐渐增加，当沉积时间为10 s时，可以看到CO气体分子位于2086 cm-1处的C-O线性吸附伸缩振动谱峰强度达到最佳，继续增加Pt的沉积时间，谱峰信号又逐渐减弱，这是由于沉积的Pt层数增多，金的增强作用逐渐减弱，SERS的长程效应受到影响(如图5)。
[0020]所述“提拉法”、“计时伏安法恒电流沉积Pt颗粒至金膜固相基底”是本领域公知方法。
[0021]提拉法:提拉法是将整个洗净的基板浸入预先制备好的溶胶之中，然后以精确控制的均匀速度将基板平稳地从溶胶中提拉出来，在粘度和重力作用下基板表面形成一层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，于是附着在基板表面的溶胶迅速凝胶化而形成一层凝胶膜
计时伏安(电位)法:一种电化学分析法和研究电极过程的电化学技术。它的基本原理是电解，与极谱法(见极谱法和伏安法)更相近。此法是在某一固定电流下，测量电解过程中电极电位(见电极电势)与时间t之间的关系的E-t曲线，故称计时电位法。
【权利要求】
1.一种实现实时在线检测的CO气体光谱传感器的用途，其特征是:是在CO的吸附及SERS检测中的应用，所述CO气体光谱传感器的制备方法包括下列步骤: Cl)以正己烷为油相，将正己烷加入到金溶胶溶液中，金纳米粒径为30nm，加入的正己烷的体积为金溶胶溶液体积的1/5 —1/6，在油水液/液两相界面上形成金纳米粒子膜；通过提拉法将金膜捞至ITO导电玻璃上，制备成单分散的且具有SERS增强效应的金膜固相基底； (2)采用计时伏安法恒电流沉积Pt颗粒至金膜固相基底，沉积溶液为I mM H2PtC16 +0.1mM H2S04，沉积电流为I X 10-4A，沉积时间为1s ； ⑶的吸附及高灵敏SERS检测: 将沉积Pt的金膜固相基底置入密闭容器中，通入CO气体，在沉积时间很少时，由于沉积的Pt的量较少，吸附的CO分子较少，SERS谱峰信号较弱，随着沉积时间的增加，Pt沉积量随之增加，高波数区域内CO分子的伸缩振动谱峰强度逐渐增加，当沉积时间为10 s时，可以看到CO气体分子位于2086 cm-1处的C-O线性吸附伸缩振动谱峰强度达到最佳，继续增加Pt的沉积时间，谱峰信号又逐渐减弱，这是由于沉积的Pt层数增多，金的增强作用逐渐减弱，SERS的长程效应受到影响； 在高电位下，吸附的CO分子又可通过电化学方法脱附，可实现检测基底的循环多次利用； 步骤(I)在加入正己烷后，还滴加乙醇，起到压缩金膜，使其更加致密的作用。
2.根据权利要求1所述的实现实时在线检测的CO气体光谱传感器的用途，其特征是:吸附CO气体前，在高波数区2000-2100 CnT1无任何SERS谱峰信号。
3.根据权利要求1所述的实现实时在线检测的CO气体光谱传感器的用途，其特征是:提拉法是将整个洗净的基板浸入预先制备好的溶胶之中，然后以精确控制的均匀速度将基板平稳地从溶胶中提拉出来，在粘度和重力作用下基板表面形成一层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，于是附着在基板表面的溶胶迅速凝胶化而形成一层凝胶膜。
【文档编号】G01N21/65GK104359890SQ201410647637
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】贾雪平, 葛明, 王南平 申请人:南通大学