荧光猝灭响应的溶解氧有机改性溶胶_凝胶传感膜的构筑
基于荧光猝灭法的溶解氧传感器研制_概述说明
基于荧光猝灭法的溶解氧传感器研制概述说明1. 引言1.1 概述在现代工业与环境监测中，溶解氧的测量是一项至关重要的指标。
溶解氧被广泛应用于水质监测、生物医学研究以及污水处理等领域。
为了提高溶解氧测量的准确性和便捷性，基于荧光猝灭法的溶解氧传感器逐渐发展起来。
1.2 文章结构本文将对基于荧光猝灭法的溶解氧传感器进行详细的研制概述。
文章将从原理、设计与制备、实验与结果分析以及结论与展望四个方面展开讨论。
首先，我们将介绍荧光猝灭法的原理，包括光生物学背景、荧光猝灭现象以及荧光猝灭法在氧化还原过程中的应用。
然后，我们会详细阐述溶解氧传感器的设计与制备过程，包括传感器构成要素介绍、光源的选择和优化以及传感材料的选择和制备方法。
接着，在实验与结果分析章节中，我们将介绍实验设置与步骤，并对传感器的性能进行测试和结果分析。
最后，我们将总结研究成果并展望未来的发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍基于荧光猝灭法的溶解氧传感器的研制过程，并通过实验与结果分析验证其性能。
通过该文，读者可以了解荧光猝灭法原理、设计制备过程以及实际应用案例等内容，从而为溶解氧传感器的开发提供参考和指导。
此外，在结论与展望部分，我们还将探讨传感器存在的问题并展望未来发展方向，以期激发更多相关研究与创新。
2. 荧光猝灭法的原理：2.1 光生物学背景：在理解荧光猝灭法之前，有必要了解一些光生物学的基本概念。
光合作用是指植物和一些蓝藻、浮游植物等有机体利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
在这个过程中，光能被吸收并转化为化学能。
对于许多生物来说，通过产生荧光来表达其活动状态或反应环境的变化是常见的现象。
荧光是指发射比吸收波长长且辐射强度低的电磁辐射。
荧光可以用于检测分子间的相互作用、环境条件以及反应动力学等方面。
2.2 荧光猝灭现象：当某些分子处于高能级时，它们会通过发射荧光释放出剩余能量。
然而，在某些情况下，其他分子（通常是溶解氧）可以与这些高能级分子相互作用，导致荧光被猝灭或抑制。
荧光猝灭法溶解氧传感器的研制
荧光 猝灭 法溶 解 氧传 感 器 的研 制
李学胜 ， 卢欣春 ， 罗孝兵 ， 刘冠 军
（ 国 网 电 力 科 学研 究 院／ 南 京 南瑞 集 团公 司 ， 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ）
Ｌ Ｉ Ｘ ｕ ｅ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ Ｕ Ｘ ｉ ｎ — ｃ ｈ ｕ ｎ ， Ｌ Ｕ Ｏ Ｘ ｉ ａ ｏ — ｂ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｇ ｕ ａ ｎ － ｊ ｕ ｎ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｉ ｒ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ／Ｎ ａ ｍｉ ｎ ｇ Ｎ Ａ Ｒ Ｉ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｎ ａ ｍｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｉ ｏ ｎ， ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ａ ｎ ｅ ｗ ｄ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ， ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ， ｓ ｅ ｌ ｅ ｅ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｎｄ ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ， ｉ ｔ ｗａ ｓ ｖ ｅ ｉｆ ｒ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ －
溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中的应用
溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中的应用溶胶-凝胶技术是一种将酶固定在载体表面的方法，它具有高活性和稳定性等特点。
生物传感器是一种利用生物材料和化学方法实现电化学信号转换的系统。
溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中具有广阔的应用前景。
本文重点讨论了溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中的应用。
一、酶的固定化方法酶被固定在载体表面的方法通常有物理吸附、共价连接、交联连接等。
其中，溶胶-凝胶技术是一种常用的方法。
二、溶胶-凝胶技术的原理溶胶-凝胶技术是一种高分子化学方法，它是由溶胶状态的高分子物质（溶液）形成凝胶状态的过程。
它的原理是在高分子物质的溶液中，添加一定的交联剂使其形成三维网状结构的凝胶。
该凝胶具有很高的比表面积和空间性能，可以将酶固定在凝胶内部或表面上。
固定化的酶在不同的物理或化学环境下具有较高的稳定性和反应效率。
三、应用1、生物传感器生物传感器是一种将生物体系应用于化学或生命科学中的电化学器件。
它是利用生物材料的特殊性质和化学方法，将生物体系的信息转换成电化学信号。
溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中可以实现对生物材料和化学方法信号的转换，也可以对传感器的灵敏度和响应速度进行调整。
2、生物制品溶胶-凝胶技术固定化酶在生物制品制备过程中可以提高反应效率和产物纯度。
此外，该技术还可以将多种酶、血清蛋白和其他生物材料固定到同一载体上，从而提高产品质量和产量。
3、环境监测溶胶-凝胶技术固定化酶在环境监测中可以使生物传感器实现显著的高灵敏度和特异性，对于土壤水分、空气质量、细菌浓度等环境指标的监测具有很好的效果。
4、食品加工业溶胶-凝胶技术固定化酶在食品加工业中可以改善食品工艺，提高产品质量和产量，还可以减少酶的丢失和污染。
特别是在制备乳酸类饮料、辣椒酱、黄豆蛋白、肉制品等方面具有较高的应用价值。
四、结论总之，溶胶-凝胶技术固定化酶在生物传感器中的应用具有很好的前景。
它可以提高传感器的灵敏度和响应速度，也可以使生物制品的生产工艺更加优化。
常用溶解氧测量方法及溶解氧分析仪校正
常用溶解氧测量方法及溶解氧分析仪校正摘要：本文结合资料分析了溶解氧测量目前的几种方法，并比较了这几种方法的优缺点，还通过查阅和总结文献思考了提高溶解氧校正的准确度的方法。
关键词：溶解氧测量溶解氧测量方法溶解氧是用来表征空气中的分子态氧溶解在水中的量的指标，使用每升水中氧气的质量表示。
溶解氧作为评价水资源品质的重要参数已经被广泛接受并使用，并广泛用于工业，环境水质的监测和评价标准。
以下介绍了几种常用的溶解氧含量测定的方法及其各自的优缺点。
1常用溶解氧测量方法及其优缺点1.1碘量法目前测量溶解氧的国标方法是碘量法，作为我国检测水体溶解氧含量的基准方法，碘量法可以测量20-200mg/L浓度范围内的溶解氧。
碘量法使用原理为：首先将氧氧化钠加入到二价硫酸锰溶液中制得二价氢氧化锰。
二价氢氧化锰十分不稳定，极易与液体中的氧分子发生反应，形成棕色沉淀。
使用浓硫酸将溶液酸化加入碘化钾溶液，使得溶液中析出碘单质。
碘量法作为一种常见化学测定溶液中溶解氧含量的方法，优点十分明显，在其量程范围内，精度非常高和可重复性也很高。
但是这种方法的的缺点也不少：首先该方法并不适合进行在线测量；其次碘量法需要使用大量的化学试剂，对待测溶液进行了破坏；再就是该方法过程繁琐，不易操作，消耗的时间长；并且还易受到其他化学成分尤其是亚硝酸盐的干扰；最重要的是碘量法其量程下限只能测量到浓度的溶解氧，无法满足更低浓度的溶解氧测量要求。
[1]1.2分光光度法分光光度法是在碘量法的基础上的一种改进，研究人员在进行碘量法实验时发现水体中的溶解氧经过硫酸锰，碱性碘化钾后充分固定，加入硫酸溶液溶解后，溶解氧浓度与溶液中析出的碘单质导致溶液黄色深浅变化具有相关性，进而尝试用分光光度法进行溶解氧的浓度测量。
[2]由于分光光度法是在碘量法的基础上发展而来的，其也具有和碘量法相似的精度高，可重复性好的优点。
但是也无法避免和碘量法相似的缺陷，如操作复杂繁琐需要专业人员，无法实现连续在线监测等。
基于相移检测的有机改性溶胶-凝胶光学氧敏感膜研究
术 ， 其它 固定 技 术 相 比有 许 多 优 势 ： 与 多 种 有 机 、 与 能 无机试 剂相 容 ； 埋 的试 剂 不 易 泄 露 ； 质 的物 理 、 包 基 化 学性 能稳定 等［ ］ １ 。 基 于荧 光猝 灭原 理 的光纤 氧传 感 器可 广 泛应 用 于 临床 医学 、 环境 检测 、 工业 分 析等领 域 。人 们 尝试 通 过 测 定特 定生物 环 境 中氧 消耗 量 来 测 定 各 种 生 物 量 （ 如 葡萄糖 、 儿茶 酚胺 等） 以研 制 出 能 满 足特 殊 要 求 的光 ， 纤生物 传感 器［ ］ ３ 。研 制 高 性 能 光 纤 氧传 感 器 和 耗 氧
基 硅烷 （ ＤＤＳ 为 共 聚 前 驱 体 ， （ ｈ ｎ 。 为 荧 光 指 ） Ｒｕ ｐ ｅ ） Ｃ１ 示 剂 ， 用 溶 胶 凝 胶 技 术 ， 过 改 变 ＤＤＳ ＴＥＯＳ比 值 ， 采 通 ／
俊 韩 蕴 ，
功制 备 了 Ｄ ／ ＯＳ有机 改性 氧敏 感膜 ， 均匀 无裂 ＤＳ ＴＥ 膜 纹， 有较好 的机 械性 和柔 韧 性 。将 此 有 机 改性 氧敏 感
２ ４ 氧敏 感性 能测试 ．
Ｒ （ ｈｎ 。 １ ｕ ｐ ｅ ）Ｃ 。的荧光 可 被 氧猝 灭 ， 荧光 强度 或 其 寿命 与 氧浓 度 具 有 一 定 的关 系 。采用 锁 相 放 大技 术 ， 通过测 定指 示剂 的荧 光滞 后 相移 △ 荧 光相位 与激 发 （ 光相位 之 差） 有 效 地 检 测指 示 剂 的荧光 寿 命 。氧 浓 可 度与滞 后 相移 的关 系如 （ ） １ 式所 示【 ： ３ ］
中图分类 号 ： ＴＰ １ ． ２ ７２
室 温下 密封 搅 拌 约 ６ ｍｉ ， 置 ，制 得 一 系列 的溶 胶 ０ ｎ静 液， 老化 ２ 。 利 用 旋 转 制 膜 仪 （ ｄ 自制 ， 速 范 围 ０ 转 ～ ６ ０ ｒｍｉ） 将 老 化 的 溶 胶 液 旋 涂 （ ０ ０／ ｎ 约 ００／ ｎ ， ３ ０ ｒ ｍｉ， ３ ｓ 于经 清洗 并 烘 干 的玻 璃 基 片 表 面 ， ０） 固化成 约 ０ ０ ．４ ｍｍ 厚 的凝胶 （ 用外 径 千分 尺 测量 ） 利 。将此 基 片室 温 下 老化 ３ ， 到溶 胶 一 胶 氧敏 感 膜 。空 白溶 胶一 胶 ｄ得 凝 凝 膜 与氧 敏感膜 相 比 ， 了不 加 Ｒｕ ｐ ｅ ）Ｃ ｚ 溶 液 ｅ ） Ｃ 的合 成 及 提 纯 方 法 和 步 骤 见 文 献 Ｅ１， ｌ ３ 四乙氧 基硅 烷 、 甲基 二 乙氧基 硅烷 等均 为分 析 二
基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验_概述说明
基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验概述说明1. 引言1.1 概述溶解氧（Dissolved Oxygen，简称DO）是水体中的一种重要指标，它直接关系到水生态系统的健康和生物生存环境。
因此，准确快速地测量和监测溶解氧成为环境监测、水质评价以及水产养殖等领域的重要需求。
其中荧光法传感器在溶解氧检测领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍基于荧光法的溶解氧传感器的研制和试验结果。
首先，对荧光法传感器原理进行详细说明，包括荧光发射与猝灭机制以及溶解氧影响因素等内容；然后，介绍了设计与制备该传感器所使用的材料选择、合成方法、传感层搭建与修饰技术、光学系统设计与组装工艺等方面；接着，详细描述了实验设备和条件，并给出了传感器性能评价指标及测试方法的详细解释；最后，介绍了试验结果及数据分析，并对主要研究成果进行总结。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、荧光法传感器原理、溶解氧传感器的设计与制备方法、试验设计和结果分析、结论与展望。
在引言部分，将简要介绍本文的主题以及每个部分的内容安排。
荧光法传感器原理部分将详细介绍荧光发射与猝灭机制以及溶解氧影响因素等内容。
溶解氧传感器的设计与制备方法部分将介绍材料选择、合成方法、传感层搭建与修饰技术、光学系统设计与组装工艺等方面的内容。
试验设计和结果分析部分将详细描述实验设备和条件，并给出传感器性能评价指标及测试方法的解释，最后提供试验结果及数据分析的详细报告。
结论与展望部分将对主要研究成果进行总结，同时指出研究不足之处并展望未来发展方向。
1.3 目的本文旨在全面深入地介绍基于荧光法的溶解氧传感器研制和试验，并为环境监测和水质评价等领域提供参考依据。
希望通过对该传感器原理、设计制备方法以及试验结果的详细阐述，为相关领域的研究人员提供实用的技术指南和数据支持，为解决水环境问题和保护生态系统做出贡献。
2. 荧光法传感器原理:2.1 荧光发射与荧光猝灭机制:在荧光法传感器中，荧光发射与荧光猝灭机制起着核心作用。
【引用】我国水中溶解氧是多少PPM
【引用】我国水中溶解氧是多少PPM 原文地址：我国水中溶解氧是多少PPM?原文作者：tanghongy我国水中溶解氧是多少PPM?溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧，即水中的O2，用DO表示。
溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。
溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。
溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。
溶解氧除了被通常水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有机物质被好氧微生物的氧化分解所消耗。
所以说溶解氧是水体的资本，是水体自净能力的表示。
天然水中溶解氧近于饱和值(9ppm)，藻类繁殖旺盛时，溶解氧含量下降。
水体受有机物及还原性物质污染可使溶解氧降低，对于水产养殖业来说，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响，当溶解氧低于4mg/L时，就会引起鱼类窒息死亡，对于人类来说，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。
当溶解氧(DO)消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时，溶解氧的含量可趋近于0，此时厌氧菌得以繁殖，使水体恶化，所以溶解氧大小能够反映出水体受到的污染，特别是有机物污染的程度，它是水体污染程度的重要指标，也是衡量水质的综合指标[2]。
因此，水体溶解氧含量的测量，对于环境监测以及水产养殖业的发展都具有重要意义。
1.水体溶解氧的各种检测方法及原理1.1碘量法(GB7489-87)(Iodometric)碘量法(等效于国际标准ISO 5813-1983)是测定水中溶解氧的基准方法，使用化学检测方法,测量准确度高，是最早用于检测溶解氧的方法。
其原理是在水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，生成氢氧化锰沉淀。
此时氢氧化锰性质极不稳定，迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰：4MnSO4 8NaOH=4Mn(OH)2↓4Na2SO4(1)2Mn(OH)2+O2=2H2MnO3↓(2)2H2MnO3 2Mn(OH)3=2MnMnO3↓4H2O(3)加入浓硫酸使已化合的溶解氧(以MnMnO3的形式存在)与溶液中所加入的碘化钾发生反应而析出碘：4KI 2H2SO4=4HI 2K2SO4(4)2MnMnO3 4H2SO4 HI=4MnSO4 2I2 6H2O(5)再以淀粉作指示剂，用硫代硫酸钠滴定释放出的碘，来计算溶解氧的含量[3]，化学方程式为：2Na2S2O3 I2=Na2S4O6 4NaI(6)设V为Na2S2O3溶液的用量(mL),M为Na2S2O3的浓度(mol/L),a为滴定时所取水样体积(mL)，DO可按下式计算[2]：DO(mol/L)=(7)在没有干扰的情况下，此方法适用于各种溶解氧浓度大于0.2mg/L和小于氧的饱和度两倍(约20mg/L)的水样。
一种溶解氧荧光传感膜的制备方法[发明专利]
![一种溶解氧荧光传感膜的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/723e2effdb38376baf1ffc4ffe4733687e21fcc3.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810200338.X(22)申请日 2018.03.12(71)申请人 厦门斯坦道科学仪器股份有限公司地址 361000 福建省厦门市软件园二期望海路23号503(72)发明人 汤新华 柳小云 高春芳 (74)专利代理机构 厦门市首创君合专利事务所有限公司 35204代理人 张松亭 游学明(51)Int.Cl.G01N 21/64(2006.01)(54)发明名称一种溶解氧荧光传感膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种溶解氧荧光传感膜的制备方法，包括如下步骤：1)配置0.018mol/L三(2,2’-联吡啶)二氯化钌[Ru(bpy )3Cl 2]的乙醇溶液；2)配制高分子聚合物溶液：3)合成二氧化硅纳米颗粒；4)原材料混合；5)荧光膜涂膜。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 108918476 A 2018.11.30C N 108918476A1.一种溶解氧荧光传感膜的制备方法，包括如下步骤：1)配置0.01-0.05mol/L三(2,2’-联吡啶)二氯化钌的乙醇溶液；2)配制高分子聚合物溶液：其中，高分子聚合物和丙酮的比例为质量体积比1g:4-6ml；3)合成二氧化硅纳米颗粒；4)原材料混合：在烧杯中依次加入三(2,2’-联吡啶)二氯化钌的乙醇溶液，聚氯乙烯聚合物溶液和二氧化硅，搅拌混匀，直至固体颗粒和荧光指示剂在溶液中均匀分布；其中，三(2,2’-联吡啶)二氯化钌的乙醇溶液：聚氯乙烯聚合物溶液：二氧化硅纳米颗粒的体积质量比为10-15ml：4-7mL：3-5g；5)荧光膜涂膜：将混合物涂抹于基质上，获得平整、均一的红色荧光膜。
2.根据权利要求1所述的一种溶解氧荧光传感膜的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的高分子聚合物包括聚氯乙烯、聚乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种溶解氧荧光传感膜的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的基质包括亚克力、石英玻璃中的至少一种。
基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验
地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖
低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。
关键词：溶解氧传感器；荧光淬灭；水产养殖；STM32 微处理器；溶氧敏感膜
中图分类号：TP212.6；S951
文献标志码：A
文章编号：202005-SA004
常数。由公式 （1） 可知，只要通过标定计算得
收稿日期：2020-05-12 修订日期：2020-06-25 基金项目：国家自然科学基金 （31771680） 作者简介：顾 浩 （1997－），男，硕士研究生，研究方向为传感器。E-mail：guhao0222@。 * 通讯作者：郭 亚 （1977－），男，博士，教授，研究方向为传感器与仪器，系统建模与控制，农业物联网与大数据分析。电话： 0510-85910652。E-mail：uoy@。
1 引言
水中溶解氧浓度的测量在农业、工业、环保 等行业都具有及其重要的意义。例如在水产养殖 中，利用溶解氧传感器可以实时测量养殖水域的 溶解氧浓度，实现提前增氧操作，降低由于缺氧 而产生鱼类“浮头”现象，极大提高水产养殖的 安全性。除此之外，由于水中溶解氧含量是进行
水质监测的一项重要指标，溶解氧传感器还可以 用于对污水进行监测和有效处理 ［1］。市面上流通 的溶解氧传感器大致有碘量法溶解氧传感器、电 化学法溶解氧传感器、分光光度法溶解氧传感器 以及荧光淬灭溶解氧传感器［2］ 四类，其中除基 于荧光淬灭原理的传感器外，其他溶解氧传感器 均不适合在线持续测量溶解氧浓度，不能满足水 产养殖在线使用需求 。 ［3-5］
2020 年 6 月 第 2 卷 第 2 期
智慧农业（中英文）Smart Agriculture
《荧光水凝胶的制备及其传感应用研究》
《荧光水凝胶的制备及其传感应用研究》篇一一、引言荧光水凝胶作为一种新型的智能材料，在生物医学、环境监测、药物传递等领域具有广泛的应用前景。
其独特的物理化学性质和生物相容性使其成为近年来研究的热点。
本文将详细介绍荧光水凝胶的制备方法、性质及其在传感应用领域的研究进展。
二、荧光水凝胶的制备1. 材料与试剂制备荧光水凝胶所需的材料包括：水凝胶基质、荧光染料、交联剂、催化剂等。
这些材料应选择生物相容性好、无毒无害的试剂，以保证水凝胶在生物医学领域的应用安全性。
2. 制备方法荧光水凝胶的制备主要包括溶胶-凝胶转变过程。
首先，将水凝胶基质与荧光染料、交联剂等混合，形成均匀的溶液。
然后，通过催化剂的作用，使溶液发生溶胶-凝胶转变，形成具有三维网络结构的荧光水凝胶。
三、荧光水凝胶的性质1. 荧光性质荧光水凝胶具有优良的荧光性质，可以在特定波长的激发光下发出强烈的荧光。
其荧光强度、颜色等可调，可满足不同传感应用的需求。
2. 物理性质荧光水凝胶具有良好的生物相容性、无毒性、可降解性等物理性质，使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。
此外，其三维网络结构赋予了水凝胶良好的保水性、弹性等机械性能。
四、传感应用研究1. 生物传感器荧光水凝胶可用于制备生物传感器，用于检测生物分子、细胞、病毒等。
通过将荧光水凝胶与目标物质结合，利用其荧光性质进行定量检测。
此外，荧光水凝胶的生物相容性和可降解性使其在体内传感器领域具有潜在应用价值。
2. 环境监测荧光水凝胶还可用于环境监测，如检测污染物、有毒物质等。
通过将荧光水凝胶暴露在环境中，利用其荧光性质对污染物进行定量检测，为环境保护提供有力支持。
3. 药物传递与释放荧光水凝胶可用于药物传递与释放系统。
通过将药物分子与荧光水凝胶结合，利用其三维网络结构实现对药物的控释。
同时，通过监测荧光水凝胶的荧光性质，可以实时了解药物在体内的分布和释放情况，为药物研发和优化提供有力支持。
五、结论与展望荧光水凝胶作为一种新型的智能材料，具有独特的物理化学性质和生物相容性，在生物医学、环境监测、药物传递等领域具有广泛的应用前景。
荧光猝灭响应的溶解氧有机改性溶胶_凝胶传感膜的构筑
(ⅰ) 化学试剂和主要仪器. 实验所用四甲氧基 硅烷(TMOS)购自中国医药(集团)上海化学试剂公司;
2114
甲 基 三 甲 氧 基 硅 烷 (MTMS) 、 苯 基 三 甲 氧 基 硅 烷 (PTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DiMe-DMOS)购自瑞 士 Fluka 公 司 ; 4,7- 二 苯 基 -1,10- 邻 菲 咯 啉 钌 (Ru(dpp)3(ClO4)2)由本实验室合成, 其结构式见图 1. 实验中的荧光光谱通过 F-4500 (Hitachi, Japan)荧光 光度计扫描获得.
论文
荧光猝灭响应的溶解氧有机改性溶胶-凝胶
传感膜的构筑
辛玲玲① 肖来龙① 赵 丽① 陈 曦①②* 王小如①
(① 厦门大学化学化工学院化学系, 现代分析科学教育部重点实验室, 厦门 361005; ② 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室, 厦门 361005. * 联系人, E-mail: xichen@ )
关键词 有机改性溶胶-凝胶 荧光猝灭 氧传感 钌配合物
水体中溶解氧含量的测定在工业、医疗卫生、生 物、环境和水产养殖等诸多方面有着重要的意义, 在 环境检测中, 其含量是代表水体洁净程度的重要指 标之一. 研制具有可靠、可逆和便宜的水体溶解 氧装置, 已成为氧传感器研究的热点[1~5]. 由于钌 配位化合物, 尤其是 4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉钌 (Ru(dpp)3(ClO4)2)具有光和热稳定性良好、合成方便 和合成成本较低等优点, 较多地应用在氧的光化学 传感器中[6~9]. 由于溶胶-凝胶(sol-gel)具有良好的光 学通透性、机械特性和化学稳定性, 同时由于制备过 程中温和的反应条件, 灵活而方便的制备方式, 以及 对光敏物质达到分子水平上的均匀包埋而备受人们 的关注. 近年来, 利用溶胶-凝胶材料进行钌配合物 的包埋, 并实现水体中溶解氧的光化学测定已有报 道[10~15] . 但直接利用无机硅氧烷水解进行 sol-gel 制 备, 存在着基质材料机械柔韧性较差, sol-gel 基质的 极性与荧光试剂的极性不相匹配, 导致试剂渗漏等 问题. 本文报道利用有机硅氧烷二甲基二甲氧基进 行 sol-gel 的有机改性制备, 以 Ru(dpp)3(ClO4)2 为氧猝 灭荧光指示探针, 制备了氧敏感膜; 并利用蓝光发光 二极管(LED)为激发光源, 考察了 Ru(dpp)3(ClO4)2 包 埋在有机改性 sol-gel 膜内对水体中溶胶氧的响应及 荧光光谱行为的变化情况; 利用构建的流动测定系 统进行了水体中溶解氧的测定.
基于光纤的溶解氧浓度荧光测定法
基于光纤的溶解氧浓度荧光测定法彭利荣;杨兴华;张健;代雷;马占龙;彭石军【摘要】针对溶解氧浓度微量探测的现实需求,提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法.该方法将钌联吡啶[Ru(dpp)3]Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上,制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征.光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体,也可以作为待测物流过的通道和反应场所.与传统测试方法相比,该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积,指示剂可以与溶解氧直接反应,提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力.实验结果表明,在0～ 20mg/L的浓度范围内,Stern-Volmer曲线近似线性,响应敏感度I0/I为3.6,响应时间为200 ms.该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2014(035)003【总页数】5页(P382-386)【关键词】多孔光纤;光学传感;溶解氧;溶胶-凝胶【作者】彭利荣;杨兴华;张健;代雷;马占龙;彭石军【作者单位】哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨150001;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨150001;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】O482.31;O657.31 引言溶解氧是溶于水中的分子态氧，是水体与大气平衡或经过水中的化学、生物化学反应产生而存在于水体中的氧。
快速、可靠、精确的溶解氧检测在水质监测、渔业生产、工业生产、海洋资源开发领域具有重要的意义。
基于溶胶-凝胶技术的纳米生物传感界面构建的开题报告
基于溶胶-凝胶技术的纳米生物传感界面构建的开题报告一、研究背景与意义随着纳米技术的不断发展，纳米生物传感器在生物医学、环境监测等领域中得到广泛应用。
纳米生物传感器不仅具有高灵敏度、高选择性、快速响应和显著的增强效应等优点，而且对于微量分析和无损检测也具有很好的适应性。
生物传感器的灵敏度、稳定性和特异性等性能，直接关系到生物传感器的应用效果。
因此，探究制备一种高性能的纳米生物传感界面具有重要的科研价值和实际应用价值。
溶胶-凝胶技术是一种重要的纳米生物传感器制备技术。
它是一种低温、自然干燥、无机、有机复合材料的制备方法，可以将纳米颗粒或其他生物大分子与凝胶材料合成成一种新的生物材料，具有较好的稳定性和可控性，并且不会破坏生物活性分子的完整性和活性。
因此，利用溶胶-凝胶技术制备高性能的纳米生物传感器具有广阔的应用前景。
本课题将利用溶胶-凝胶技术制备纳米生物传感界面，探究其在生物传感器中的应用性能，为构建高性能的纳米生物传感器提供科学依据和实验基础。
二、研究内容1. 制备多种不同材料的纳米颗粒，如金纳米颗粒、磁性纳米颗粒等。
2. 优化溶胶-凝胶技术的制备参数，包括溶液浓度、pH值、温度等因素，探究制备最佳的纳米生物传感界面的制备方案。
3. 利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对制备的纳米生物传感界面进行形态、结构和成分表征。
4. 对制备的纳米生物传感界面进行生物活性分子的修饰、生物传感器的组装等，探究其在生物传感器中的应用性能。
5. 对制备的纳米生物传感器进行性能测试，包括传感器的灵敏度、选择性、稳定性等性能指标的测试。
三、研究方法1. 制备不同材料的纳米颗粒，利用化学还原法、共沉淀法等方法制备金纳米颗粒和磁性纳米颗粒。
2. 溶胶-凝胶技术制备纳米生物传感界面，通过调节材料浓度、pH 值、温度等因素进行制备工艺的优化。
3. 利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等进行纳米生物传感界面形态、结构与成分表征。
4. 采用生物技术手段对纳米生物传感界面进行生物活性分子的修饰，如DNA、蛋白质等。
溶解氧荧光猝灭
溶解氧荧光猝灭
【原创实用版】
目录
一、溶解氧荧光猝灭的概念和原理
二、溶解氧荧光猝灭的应用
三、溶解氧荧光猝灭的发展前景
正文
一、溶解氧荧光猝灭的概念和原理
溶解氧荧光猝灭是一种通过荧光信号的变化来检测水中溶解氧浓度
的方法。
溶解氧是水生生物生存的重要因素，对于水环境监测具有重要意义。
荧光猝灭技术通过荧光探针与溶解氧发生反应，使得荧光信号减弱或消失，从而反映出水中溶解氧的浓度。
这种方法具有高灵敏度、快速响应和低干扰等特点，为水环境监测提供了一种有效的手段。
二、溶解氧荧光猝灭的应用
溶解氧荧光猝灭技术在水环境监测领域具有广泛的应用。
首先，在水质监测方面，该技术可以实时、准确地检测水质中的溶解氧含量，为水污染防治提供科学依据。
其次，在生物监测方面，该技术可以间接反映水生生物的生存状况，为水生生物保护提供依据。
最后，在渔业管理方面，通过监测鱼塘中的溶解氧含量，可以为养殖户提供合理的养殖密度和养殖方法，提高养殖效益。
三、溶解氧荧光猝灭的发展前景
随着环境保护意识的加强和水环境监测技术的发展，溶解氧荧光猝灭技术在水环境监测领域将发挥越来越重要的作用。
未来，该技术将朝着高灵敏度、高精度和智能化的方向发展，以满足不断增长的环境监测需求。
同时，新型荧光探针材料的研发也将进一步提高溶解氧荧光猝灭技术的应
用范围和效果。
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两套 GF-4300 流量控制计(Gilmont Instruments Inc) 经 J&W ADM1000 智能流量计校正后, 分别用 于准确控制氧气和氮气的流量大小. 不同浓度的气 态氧由准确控制氧气、氮气的流速按一定比例混合后 通入测量池, 而不同浓度的溶解氧标液由不同氧气 含量的氮气、氧气混合气体饱和蒸馏水溶液配制. 实 验主要采用测定氧传感膜在氮气饱和蒸馏水中的荧 光强度 IN2与在氧气饱和蒸馏水中的荧光强度 IO2的比
摘要 利用二甲基二甲氧基硅烷为有机改性剂, 制备溶胶-凝胶, 并通过对氧荧光猝灭指示剂 4,7-二苯 基-1,10-邻菲咯啉钌(Ru(dpp)3(ClO4)2)的包埋, 构筑以 Ru(dpp)3(ClO4)2 为荧光指示剂的氧传感敏感膜. 利 用蓝光发光二极管(LED, λmax = 475 nm)为激发光源, 考察了氧敏感膜的荧光行为, 并以此进行了水体 中溶解氧含量的检测. 传感膜对水溶液溶解氧的最低检出限为 0.2 µg/mL, 测定的相对标准偏差为 2%, 线性范围为 0.5~16 µg/mL, 响应时间(t95)为 60 s, 敏感膜使用寿命大于 10 个月.
按一定体积比量取 TMOS 和 DiMe-DMOS 置于 开口瓶中, 加入适量浓度的 [Ru(dpp)3]2+ 的四氢呋 喃(THF)溶液, 旋涡振荡 1 min 后, 再逐滴振荡加入 0.01 mol/L HCl, 调节体系的 pH, 将瓶子于 60℃下敞 口磁搅拌水浴加热 3 h. 取以上所制得的凝胶液 60 µL, 均匀涂布于事先经乙醇和硝酸处理的玻片上成 膜, 于烘箱中干燥 12 h 后备用. 敏感膜厚度利用场发 射扫描电子显微镜(FE-SEM; JSM-7400F, JEOL, Japan)检测, 膜平均厚度为(35 ± 3) µm (n = 10).
滤圆盘, 以进一步减少水体杂质在膜片和光学窗口 的吸附. 实验结束后, 流路使用蒸馏水冲洗 15 min.
2 结果与讨论
2.1 溶胶-凝胶前驱体成分的优化
前驱体的选择对钌配合物的荧光猝灭有很大的 影响. 通常在有机改性 sol-gel 制备过程中, 使用带有 烷 基 取 代 的 有 机 硅 氧 烷 (MTMS, PTMS 或 DiMeDMOS)单 体 或 聚 合 物 与 硅 氧 烷 , 如 四 甲 氧 基 硅 烷 (TMOS)或四乙氧基硅烷(TEOS)等水解聚合. 实验结 果表明, 在加入相同摩尔比的情况下, 对比使用带有 一 个 甲 基 或 苯 基 取 代 的 MTMS 或 PTMS, DiMeDMOS 所获得的传感膜基质材料具有柔韧性好、响应 速度快和氮氧饱和荧光猝灭比高等优点(表 1). 由于 氧分子中双原子的对称性, 氧分子的极性极小, 这使 得 氧 分 子 易 于 在 非 极 性 环 境 或 膜 中 渗 透 . DiMeDMOS 含有两个取代的甲基, 与 TMOS 水解形成的 sol-gel 膜, 具有比 MTMS 或 PTMS 更高的疏水性, 而 使所获得的基质材料对氧具有更好的亲和性、对氧易 于渗透的特性, 使得氧容易与固定于 DiMe-DMOS 膜 中的 Ru(dpp)3(ClO4)2 指示剂产生荧光猝灭作用, 而获 得对氧有较高灵敏度和较短响应时间的敏感膜. 同 时由于 DiMe-DMOS 存在两个难键合和水解的甲基, 膜基质中的 Si-O-Si 结构多呈线状或平面, 减少了膜 的内张力, 使得膜的柔韧性增加.
(ⅲ) 氧荧光猝灭测定装置. 为提高敏感膜的荧 光强度的变化值, 以及对氧检测的灵敏度, 同时为进 一步简化敏感流通池的结构, 在传感探头设计中使 用互成 90°入射的 4 个蓝色 LED (图 2(b)). 感应光纤 头正对着氧传感膜, 膜中的钌配合物被 LED 直接照 射激发产生荧光. 荧光信号通过光纤传导经通带滤 光片滤净激发光后再进入光电倍增管. 由光电倍增 管输出的电流信号先转化为电压信号, 再由 A/D 转 换器变换为数字信号, 最后由计算机记录、分析和处 理. 实验所选用的通带滤光片的透光波带宽为 585~605 nm, 最大通过波长 595 nm. 该滤光片能有 效消除激发光的干扰, 保证对发射光的最小吸收(图 2(a)). 水样品进样口使用 100 µm 不锈钢砂芯, 样品 在进入检测池前, 经过内装有孔径 20 µm 尼龙膜的过
R(IN2/IO2)b) 4.8 1.3 1.5
检测限/µg·mL−1 0.5 0.7 0.3 0.3 0.2 0.3
的羟基被甲基取代的数目增加, 其末端羟基数目减 少, 溶胶-凝胶膜的极性随之减小, 从而为溶解氧的 灵敏响应提供了一个更适合的环境. 从表 2 可以看出, 随着 DiMe-DMOS 在前驱体中含量的增大, 传感膜对 氧的响应灵敏度明显增加, 同时响应时间减少, 膜的 柔韧性增加. 而当 DiMe-DMOS 与 TMOS 的体积比达 到 1.8:1 以上时, 难以成膜, 同时不易完全干燥, 响 应时间有所增长, 响应灵敏度反而有所下降. 研究结 果表明 62 %的 DiMe-DMOS 为较合适的加入量.
敏感膜的极性对氧的响应时间和检测灵敏度有 很大的影响, 实验发现通过改变前驱体中 DiMeDMOS 对 TMOS 的相对含量, 可以调整氧传感膜的 极性. 由于 DiMe-DMOS 含量的增加, -Si-O-结构末端
图 2 氧荧光猝灭测定装置示意图
(a) 氧测定装置设计图; (b) 传感室平面图. P, 蠕动泵; R, 反射镜; S, 氧传感膜; O, 光学窗口; F, 干涉滤光片; LED, 发光二极管; PMT, 光电倍增管; M, 光度计
关键词 有机改性溶胶-凝胶 荧光猝灭 氧传感 钌配合物
水体中溶解氧含量的测定在工业、医疗卫生、生 物、环境和水产养殖等诸多方面有着重要的意义, 在 环境检测中, 其含量是代表水体洁净程度的重要指 标之一. 研制具有可靠、可逆和便宜的水体溶解 氧装置, 已成为氧传感器研究的热点[1~5]. 由于钌 配位化合物, 尤其是 4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉钌 (Ru(dpp)3(ClO4)2)具有光和热稳定性良好、合成方便 和合成成本较低等优点, 较多地应用在氧的光化学 传感器中[6~9]. 由于溶胶-凝胶(sol-gel)具有良好的光 学通透性、机械特性和化学稳定性, 同时由于制备过 程中温和的反应条件, 灵活而方便的制备方式, 以及 对光敏物质达到分子水平上的均匀包埋而备受人们 的关注. 近年来, 利用溶胶-凝胶材料进行钌配合物 的包埋, 并实现水体中溶解氧的光化学测定已有报 道[10~15] . 但直接利用无机硅氧烷水解进行 sol-gel 制 备, 存在着基质材料机械柔韧性较差, sol-gel 基质的 极性与荧光试剂的极性不相匹配, 导致试剂渗漏等 问题. 本文报道利用有机硅氧烷二甲基二甲氧基进 行 sol-gel 的有机改性制备, 以 Ru(dpp)3(ClO4)2 为氧猝 灭荧光指示探针, 制备了氧敏感膜; 并利用蓝光发光 二极管(LED)为激发光源, 考察了 Ru(dpp)3(ClO4)2 包 埋在有机改性 sol-gel 膜内对水体中溶胶氧的响应及 荧光光谱行为的变化情况; 利用构建的流动测定系 统进行了水体中溶解氧的测定.
相应时间/s
Ru(dpp)3(ClO4)2 泄漏情况 a)
R (IN2/IO2)
1
0.2
0.15
坚硬
60
15%
4.3
2
0.2
0.20
微硬
54
8%
4.6
30.20.24 Nhomakorabea柔韧
40
−
5.2
4
0.2
0.28
柔韧
34
−
6.1
5
0.2
0.32
柔韧
30
−
7.4
6
0.2
0.36
黏稠
46
5%
6.9
a) 传感膜在氧饱和溶液中浸泡 60 d
1
0.3
0.4
0
0
柔韧
60
−
2
0.3
0
0.4
0
坚硬
86
−
3
0.3
0
0
0.4
坚硬
110
−
a) 从氮饱和溶液到氧饱和溶液的响应时间(t95); b) 氮饱和与氧饱和溶液的荧光猝灭比
表 2 不同 DiMe-DMOS 含量条件下氧传感膜的响应及特性
编号
V(TMOS)/mL V(DiMe-DMOS)/mL
机械性能
第 51 卷 第 18 期 2006 年 9 月
论文
荧光猝灭响应的溶解氧有机改性溶胶-凝胶
传感膜的构筑
辛玲玲① 肖来龙① 赵 丽① 陈 曦①②* 王小如①
(① 厦门大学化学化工学院化学系, 现代分析科学教育部重点实验室, 厦门 361005; ② 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室, 厦门 361005. * 联系人, E-mail: xichen@ )
论文
第 51 卷 第 18 期 2006 年 9 月
值 R, 即 R＝IN2/IO2, 来表征氧传感膜对氧响应灵敏度 的大小, 从而进行各种实验条件的优化与选择.
(ⅱ) 敏感膜制备. 实验所用的铺膜载基玻片 (15 mm×30 mm×0.15 mm)使用前用浓硝酸浸泡 24 h 后分别用蒸馏水和乙醇冲洗, 于 80℃烘干 2 h 后 备用.
1 实验
(ⅰ) 化学试剂和主要仪器. 实验所用四甲氧基 硅烷(TMOS)购自中国医药(集团)上海化学试剂公司;
2114
甲 基 三 甲 氧 基 硅 烷 (MTMS) 、 苯 基 三 甲 氧 基 硅 烷 (PTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DiMe-DMOS)购自瑞 士 Fluka 公 司 ; 4,7- 二 苯 基 -1,10- 邻 菲 咯 啉 钌 (Ru(dpp)3(ClO4)2)由本实验室合成, 其结构式见图 1. 实验中的荧光光谱通过 F-4500 (Hitachi, Japan)荧光 光度计扫描获得.