基于壳聚糖修饰SPR传感器的铜离子检测研究

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本文将SPR(Surface Plasmon Resonance,表面等离子体共振)传感技术和壳聚糖对重金属离子的吸附结合起来,实现对溶液中Cu离子的痕量检测。该检测法具有灵敏度高,检测速度快,能多次重复利用等优点。理论上解释了产生SPR现象的各种必要条件,其中用三层结构和两层结构做对比的方式,根据SPR定义,结合全反射理论反推出全反射是棱镜耦合型结构产生SPR现象的必要条件。对SPR传感技术角度调制检测和强度调制检测的原理以及壳聚糖吸附Cu离子的机理进行了介绍。用MATLAB模拟仿真得出Ag/Au复合膜的最优参数,Ag膜厚度30nm,Au膜厚度15nm时,传感器有最优的性能,相比于Cr/Au复合膜,角度扫描曲线的半峰宽和最小反射率,角度调制检测的灵敏度和线性检测范围都有所提高,强度调制检测的灵敏度提高了约1.67倍。将壳聚糖和戊二醛交联后,通过旋转涂胶的方法在Au膜上制备一层壳聚糖薄膜,通过大量的实验,分析了配制壳聚糖溶液所需的各种试剂的用量,旋转涂胶的转速和时间以及滴胶量等因素对壳聚糖薄膜的影响,并得出了制备较好壳聚糖薄膜的参数。将Ag/Au复合膜SPR传感器用于壳聚糖吸附Cu离子的检测研究,结果表明刚制备的壳聚糖薄膜基片,部分壳聚糖易脱落,很容易被去离子水冲洗掉,经过两次去离子水冲洗后,可以去掉大部分不稳定的壳聚糖;壳聚糖在去离子水中会发生溶解或溶胀,溶解或溶胀的速率随着冲洗次数的增多而降低;吸附Cu离子的壳聚糖非常稳定,而且几乎不溶解。浓度为0.5mmol/L的EDTA(乙二胺四乙酸)溶液对壳聚糖吸附Cu离子有很好的洗脱效果,壳聚糖再生性较好,经5次洗脱后,容量率和再生率都保持在96%以上,并且浓度范围在0.5-10mmol/L的EDTA都有相同的洗脱效果,洗脱时间相近,约为300s。Cu离子浓度范围在1-5ppm内,强度调制检测的信号响应值和浓度有较好的线性关系,检测灵敏度为0.747ppm-1,检测极限为6ppb。
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