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光纖化學(xué)傳感�
閱讀�5401�(shí)間:2018-01-08 09:32:58

光纖化學(xué)傳感�是指利用光纖波導(dǎo)性能�(gòu)成的傳感�。用以測(cè)定某些化�(xué)�,如pH值和化學(xué)物質(zhì)的濃度等�

�(jiǎn)�

  光化�(xué)傳感器(optical chemical sensor)是一類具有光�(xué)響應(yīng)的化�(xué)傳感�。在化學(xué)分析中,基于分立光學(xué)系統(tǒng)的光�(xué)技�(shù)和光譜學(xué)方法已廣泛應(yīng)�。�(jìn)�80年代以來(lái),由于通信技�(shù)和計(jì)算機(jī)技�(shù)的飛速發(fā)�,其與光譜技�(shù)相結(jié)合形成一種新型分析測(cè)試技�(shù)——光�(dǎo)纖維化學(xué)傳感器(fiber optical chemical sensor),在分析化�(xué)�(lǐng)域開(kāi)辟了一片新天地。利用化�(xué)�(fā)�、生物發(fā)光以及光敏器件與光導(dǎo)纖維技�(shù)制作傳感�,特別是光導(dǎo)纖維傳感器及以光�(dǎo)纖維為基�(chǔ)的各種探針技�(shù),具有響�(yīng)速度�、靈敏度�、抗電磁干擾能力�(qiáng)、體積小,可�(yīng)用于其他傳感器無(wú)法工作的惡劣�(huán)境等特點(diǎn),在�(guò)程分析中具有很大的應(yīng)用潛�,得到了突飛猛�(jìn)的發(fā)��

原理

  媒質(zhì)層與被測(cè)物質(zhì)相互作用前后,物理或化學(xué)性質(zhì)的改變將引起傳播光諸特性變�,利用其變化的光信號(hào)�(duì)化學(xué)物質(zhì)�(jìn)行定性或定量的一類傳感器稱之光化�(xué)傳感�。光纖化�(xué)傳感器借助于光�(dǎo)纖維�(jìn)行光信號(hào)傳遞,在光纖末端載有固定試劑�,測(cè)試時(shí),插入待�(cè)溶液或氣體中,由光源入射的光束經(jīng)由光纖送入固定有敏感試劑的�(diào)制區(qū),被�(cè)物質(zhì)與試劑相作用,引起光的強(qiáng)�、波�(zhǎng)(顏色)、頻�、相位、偏振態(tài)等光�(xué)特性發(fā)生變�,這些變化成為被調(diào)制的信號(hào)�,信�(hào)光再�(jīng)光纖送入光探�(cè)器和信號(hào)處理裝置,從而獲得被�(cè)物質(zhì)的信��

組成

  �(duì)于不同的分析目的,光纖化�(xué)傳感器的儀器裝置有所不同,但基本組成大致相同。一般由光源、耦合器、光�、探�(cè)�、檢�(cè)器幾�(gè)部分組成�
  理想光源所�(fā)出的探測(cè)光應(yīng)�(dāng)有足夠的�(qiáng)度和�(wěn)定�,波�(zhǎng)能連續(xù)變化,強(qiáng)度不隨波�(zhǎng)變化而變�;利用化�(xué)�(fā)光時(shí)可以省去光源�
  耦合器的作用是將光源�(fā)出的光耦合到光纖中并收集光信號(hào)至檢�(cè)�。耦合效應(yīng)�(guān)系到光纖化學(xué)傳感器裝置的性能,因而應(yīng)引起足夠的重視�
  檢測(cè)器一般要滿足以下要求:靈敏度�、響�(yīng)速度�、穩(wěn)定性好、干擾因素少,因?yàn)樯婕拔⒐鈾z�(cè),還要求放大倍數(shù)足夠�。試劑的固定方法是實(shí)�(yàn)成敗的關(guān)鍵,�?yàn)樘綔y(cè)層(固定相試劑)不僅要對(duì)待測(cè)物做出選�,還要將待測(cè)物的化學(xué)量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的光信�(hào),固定方法可分為�(jī)械法、粘附法、封入法、包埋法、化�(xué)鍵入�、吸附法、電化學(xué)固定法等�

分類

  光纖化學(xué)傳感器的分類有多�,即可按檢測(cè)�(duì)�、傳感器的結(jié)�(gòu)和形狀、反�(yīng)�(jī)�、敏感膜形狀、可逆性等�(lái)分類�
  1.按傳感器的�(jié)�(gòu)
  按光纖上固定敏感膜的位置可分為端部固定和中間固定,按光纖是否分叉又可分為單支式和分叉��
  分叉式光纖化�(xué)傳感�,一叉為輸入光,另一叉為輸出�,試劑相在光纖端部�
  端部置試劑相光纖化學(xué)傳感�,只是入射與接收光纖均為同根。對(duì)于端部試劑相型光�,光通過(guò)光纖�(dǎo)入試劑相,試劑相與樣品發(fā)生反�(yīng)(如光吸收或熒光、折光等)引起光的波�(zhǎng)或強(qiáng)度等信號(hào)變化,被探測(cè)光纖接收,再�(zhuǎn)化成電信�(hào)�(jìn)行檢�(cè)。單根光纖是一種簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)方式,但是因?yàn)榧ぐl(fā)光與探測(cè)光從同一根光纖上通過(guò),其頻率需要被分辨,一般使用二色分束器或其他光�(xué)器件�(lái)�(diào)�。提高分辨率亦可用時(shí)間分辨技�(shù)或多種新穎的傳感器結(jié)�(gòu)�(lái)�(dá)��
  中間固定相光纖化�(xué)傳感�,一般是依據(jù)消逝波原理,當(dāng)光在光纖中傳播時(shí),電磁波大部分在光纖中傳播,但有部分�(huì)在光纖周罔旱指數(shù)衰減形式傳播,這稱為波的消�,通常區(qū)域限制在100nm以內(nèi)。通常用這種方法檢測(cè)光纖周圍指示劑的存在或者裸露光纖表面折射指�(shù)的變�。如果選擇適�(dāng)?shù)墓庵甘緞?,該方法可達(dá)極高的靈敏度�
  2.按敏感膜形狀
  按敏感膜形狀可分為多種類�。如薄膜�、微球膜型、圓柱膜��
  薄膜型光纖化�(xué)傳感器是苯乙�-丁二烯苯共聚物吸附溴百里酚藍(lán)指示劑做成薄�,將其固定在光纖探頭�,整�(gè)光纖外徑2mm。當(dāng)�(shí)pH變化�(shí),其顏色由黃色酸型變成藍(lán)色的堿型�
  微球膜型光纖敏感探頭,它是用1μm直徑的聚苯乙烯球和酚紅指示劑做成的光纖pH傳感�,檢�(cè)的pH范圍�7.0�7.4,靈敏度�0.01pH,這是由于微球加大了反射光的能量所致�
  圓柱膜型光纖化學(xué)傳感�,它是基于半透膜的競(jìng)�(zhēng)反應(yīng),用以測(cè)量葡萄糖分子,傳感器的探頭為直徑3mm,長(zhǎng)3mm的圓柱體,在圓柱體內(nèi)有可固定葡萄糖和葡聚糖的伴刀豆球蛋白A�
  3.按檢測(cè)�(duì)�
  光纖化學(xué)傳感器按其檢�(cè)�(duì)象可分為氣體光纖傳感�、液體光纖傳感器和固體光纖傳感器�
  4.按可逆�
  按光纖化�(xué)感器的可逆性可分為可逆巧不可逆的光纖化學(xué)傳感器�
  5.按反應(yīng)�(jī)�
  按檢�(cè)原理可分為吸收光�、熒光光�、磷光光i�、折�、化�(xué)�(fā)光、全反射衰減或消逝波、麥面等離子共振、拉曼光譜等方法的光纖化�(xué)傳感��

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