近年来，基于新型荧光材料制备的荧光型光纤传感器由于具有发光强、灵敏度高、能够实时监测、操作简单等优点，在海洋环境、水质监测以及血液分析等领域都有着广泛的应用。本文论述了荧光型光纤传感器在溶解氧、pH和二氧化碳检测领域的最新研究进展，总结了不同类型荧光材料的检测机理、优缺点以及主要性能参数。最后，结合当前荧光型光纤传感器面临的问题与挑战对未来的发展方向进行了分析与展望。

针对目前水质参数传感器测量功能单一, 且受环境温度影响大等问题, 提出了一种具有温度补偿功能的多参数水质传感器芯片。该传感器芯片是使用微机电系统(MEMS)技术制造的, 芯片表面集成了pH传感器、DO传感器、氨氮传感器和温度传感器。为实现温度补偿, 芯片还设计了一种夹心板式蛇形Pt电阻加热器。同时设计了与芯片相适应的微流控测试腔, 以实现水样测量。采用有限元稳态热分析对4种加热器热传递过程进行分析, 得到合理的芯片结构布局, 通过MEMS工艺制作出传感器芯片。采用自制的恒电位仪测试电路, 对传感器芯片性能进行了测试。实验结果表明, pH传感器具有0.288 mA/pH的高灵敏度; 溶解氧(DO)传感器的灵敏度为2.22 μA/(mg·L-1); 氨氮传感器的灵敏度为0.113 9 mA/(mg·L-1); 温度传感器的灵敏度为0.949 Ω/℃; 加热器的功率和温度变化灵敏度为0.312 6 ℃/mW。与单个水质参数传感器相比, 该传感器芯片体积小、坚固耐用, 能够同时检测水样的多种参数, 且温度补偿效果较好。

依据氧气对物质荧光的猝灭作用,研究了一种基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法,根据荧光猝灭曲线上的两点计算荧光寿命,并通过Stern-Volmer方程反演获得水体溶解氧浓度。结果表明:相同溶解氧浓度下,归一化处理后的荧光猝灭曲线不受激发光强度和激励持续时间等激发条件的影响;不同溶解氧浓度下,实测荧光寿命受系统延迟的影响,补偿后荧光寿命理论曲线与修正曲线具有良好的一致性,拟合相关系数达0.9985。与HQ30d溶解氧分析仪对比,测试结果表明,0~20 mg·L ^-1范围内溶解氧质量浓度测量误差小于0.5 mg·L ^-1,线性相关系数达0.9992。

为了在线测量微生物燃料电池内溶解氧浓度, 提高微生物燃料电池的产电效率, 利用荧光猝灭原理, 采用邻啡咯啉钌作为荧光标记物, 并采用溶胶-凝胶法制备了氧敏感膜。将该敏感膜固定在塑料光纤表面, 通过测量荧光指示剂发出的荧光强度实现了对溶解氧浓度的测量。实验结果表明, 传感器的相对荧光强度与溶解氧浓度具有较好的线性关系, 拟合系数达到0.9807, 且传感器具有良好的可逆性。

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧（DO）水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物（DOM）转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。 三维荧光光谱显示: 上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质（高激发波长类酪氨酸、 低激发波长类酪氨酸、 低激发波长类色氨酸）和两种类富里酸物质（紫外区类富里酸、 可见区类富里酸物质）组成, 类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。 经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低, 其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。 而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势, 表明类富里酸物质属于难降解有机物。 上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间, 表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。 荧光指数随DO增加而增大, 说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加, 微生物代谢功能增强, 使得上覆水中DOM的生物源成份加大。 在较高的溶解氧水平下, 即DO分别为2.5, 3.5和5.5 mg·L-1时, 高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性, 相关系数（r2）分别为0.956, 0.946, 0.953, 说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度, 为河道水体诊断、 治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。

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0～20 mg/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。

采用锁相放大技术研制了基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器,并组装了其测试系统。该系统采用高亮度蓝色LED作为光源,光电倍增管作为探测器,光栅光谱仪作为分光仪器,并使用SR830锁相放大器来检测荧光与激发光之间的相移。测定了相移差与调制信号频率、占空比之间的关系。实验结果表明,频率为60 kHz、占空比为10%的矩形调制信号能使传感器的检测精度达到最大,对光纤溶解氧传感器的进一步研究具有参考意义。

本文利用荧光标记物的荧光猝灭效应测量水中溶解氧浓度。以塑料光纤作为传感和传光元件，为了提高溶解氧传感的灵敏度，传感头制成双锥形。以邻菲咯啉钌作为荧光标记物，用溶胶-凝胶法制备含有荧光标记物的敏感材料。根据Stern-Volmer 方程，通过测量荧光标记物的荧光强度来测定溶解氧的浓度。文中提出了一个模型来解释荧光强度与溶解氧浓度之间的亚线性关系。通过对所测得的曲线进行拟合，可以得出敏感膜约有85%的厚度不受氧漂白的作用。