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光纖化學傳感�
閱讀�5400時間�2018-01-08 09:32:58

光纖化學傳感器是指利用光纖波導性能構成的傳感器。用以測定某些化學量,如pH值和化學物質的濃度等�

簡介

  光化學傳感器(optical chemical sensor)是一類具有光學響應的化學傳感�。在化學分析�,基于分立光學系�(tǒng)的光學技術和光譜學方法已廣泛應用。進入80年代以來,由于通信技術和計算機技術的飛速發(fā)展,其與光譜技術相結合形成一種新型分析測試技術——光導纖維化學傳感器(fiber optical chemical sensor�,在分析化學領域開辟了一片新天地。利用化學發(fā)�、生物發(fā)光以及光敏器件與光導纖維技術制作傳感器,特別是光導纖維傳感器及以光導纖維為基礎的各種探針技術,具有響應速度�、靈敏度�、抗電磁干擾能力�、體積小,可應用于其他傳感器無法工作的惡劣環(huán)境等特點,在過程分析中具有很大的應用潛力,得到了突飛猛進的�(fā)��

原理

  媒質層與被測物質相互作用前后,物理或化學性質的改變將引起傳播光諸特性變�,利用其變化的光信號對化學物質進行定性或定量的一類傳感器稱之光化學傳感器。光纖化學傳感器借助于光導纖維進行光信號傳遞,在光纖末端載有固定試劑相,測試時,插入待測溶液或氣體�,由光源入射的光束經(jīng)由光纖送入固定有敏感試劑的調制區(qū),被測物質與試劑相作�,引起光的強�、波長(顏色)、頻�、相位、偏振態(tài)等光學特性發(fā)生變�,這些變化成為被調制的信號光,信號光再�(jīng)光纖送入光探測器和信號處理裝�,從而獲得被測物質的信息�

組成

  對于不同的分析目的,光纖化學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�、光纖、探測層、檢測器幾個部分組成�
  理想光源所�(fā)出的探測光應當有足夠的強度和�(wěn)定�,波長能連續(xù)變化,強度不隨波長變化而變�;利用化學發(fā)光時可以省去光源�
  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至檢測器。耦合效應關系到光纖化學傳感器裝置的性能,因而應引起足夠的重��
  檢測器一般要滿足以下要求:靈敏度高、響應速度�、穩(wěn)定性好、干擾因素少,因為涉及微光檢�,還要求放大倍數(shù)足夠大。試劑的固定方法是實驗成敗的關鍵,因為探測層(固定相試劑)不僅要對待測物做出選擇,還要將待測物的化學量轉換成可測量的光信號,固定方法可分為機械法、粘附法、封入法、包埋法、化學鍵入法、吸附法、電化學固定法等�

分類

  光纖化學傳感器的分類有多種,即可按檢測對象、傳感器的結構和形狀、反應機�、敏感膜形狀、可逆性等來分��
  1.按傳感器的結構
  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��
  分叉式光纖化學傳感器,一叉為輸入光,另一叉為輸出�,試劑相在光纖端��
  端部置試劑相光纖化學傳感�,只是入射與接收光纖均為同根。對于端部試劑相型光�,光通過光纖導入試劑�,試劑相與樣品發(fā)生反應(如光吸收或熒�、折光等)引起光的波長或強度等信號變�,被探測光纖接收,再轉化成電信號進行檢測。單根光纖是一種簡單有效的檢測方式,但是因為激�(fā)光與探測光從同一根光纖上通過,其頻率需要被分辨,一般使用二色分束器或其他光學器件來調整。提高分辨率亦可用時間分辨技術或多種新穎的傳感器結構來達��
  中間固定相光纖化學傳感器,一般是依據(jù)消逝波原理,當光在光纖中傳播時,電磁波大部分在光纖中傳�,但有部分會在光纖周罔旱指數(shù)衰減形式傳播,這稱為波的消�,通常區(qū)域限制在100nm以內。通常用這種方法檢測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�?shù)墓庵甘緞摲椒蛇_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��
  薄膜型光纖化學傳感器是苯乙烯-丁二烯苯共聚物吸附溴百里酚藍指示劑做成薄�,將其固定在光纖探頭�,整個光纖外�2mm。當時pH變化時,其顏色由黃色酸型變成藍色的堿��
  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�,檢測的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��
  圓柱膜型光纖化學傳感器,它是基于半透膜的競爭反�,用以測量葡萄糖分子,傳感器的探頭為直徑3mm,長3mm的圓柱體,在圓柱體內有可固定葡萄糖和葡聚糖的伴刀豆球蛋白A�
  3.按檢測對象
  光纖化學傳感器按其檢測對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�
  按光纖化學感器的可逆性可分為可逆巧不可逆的光纖化學傳感器�
  5.按反應機理
  按檢測原理可分為吸收光譜、熒光光譜、磷光光i�、折�、化學發(fā)�、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學傳感器�

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