上海电力大学 电子与信息工程学院，上海 201306
为了精确测量溶解氧（DO）浓度，提高传感器灵敏度和稳定性，文章采用改进的溶胶-凝胶技术，以钌（Ru）为荧光指示剂，研制了两种基于荧光猝灭原理的氟化改性干凝胶氧气敏感材料，分别为三氟丙基三甲氧基硅烷/正硅酸四乙酯（TFP-Tri-MOS/TEOS）和三氟丙基三甲氧基硅烷/1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷（TFP-TriMOS/BTESE）氟化杂化干凝胶，采用浸渍涂膜法将敏感材料涂覆于塑料光纤表面制备氧气传感探头，并对其不同前驱体配比下的DO传感性能进行研究。实验结果表明，所制备的光纤氧传感探头均具有较好的DO传感性能，且检测下限分别为0.135和0.118 mg/L。与涂覆单一前驱体（TEOS、BTESE和TFP-TriMOS）的光纤氧传感探头相比，基于氟化改性干凝胶的光纤氧传感探头具有更高的线性度，以及更低的检测下限。对氟化改性DO传感探头的稳定性和在不同pH值下的抗干扰能力进行了研究，结果表明，所制备的两种光纤氧传感探头均具有较好的稳定性和抗干扰能力。
光纤传感 氧敏感膜 氟化改性干凝胶 溶解氧 optical fiber sensing oxygen sensitive membrane fluorinated dry gel DO
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 齐鲁工业大学(山东科学院)海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
荧光猝灭法是快速测量污水、 地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一, 氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心, 高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、 特异性强、 信噪比高的优点, 检测结果更为准确。 高效率是优选氧敏感膜的依据, 也是溶解氧检测元器件、 检测电路和检测光路优化设计的关键。 现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法, 基于对已有传感器探头光路和电路的研究, 该研究分析了全波段的荧光发射效率, 选用大功率氙灯作为激发光源, 基于连续单波长逐级扫描进行单色分光, 构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置, 然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱, 提出并建立了荧光发射效率计算方法, 提出的方法能客观地评估荧光发射能力, 准确寻找最佳激发波长。 为验证该方法的可行性, 对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定, 测试结果表明: 单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化, 呈多峰分布, 同一型号的样品荧光效率曲线相似, 但荧光发射效率差异较大, 同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%, 三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同, 分别为: 401, 543和435 nm, 但发射峰值波长均为650 nm; 不同型号的氧敏感膜相比较, 最大荧光发射效率可相差1~2个数量级; 实测传感器中使用的激发波长, 其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长, 其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2, 表明传感器光源可以进一步优化选型。 综上所述, 本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统, 提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法, 并开展了相关实验测定。 本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、 工艺的研究及传感器优化设计与制造。
氧敏感膜 激发光谱 发射光谱 荧光发射效率 质量评估 Sensitive membrane Excitation spectrum Emission spectrum Fluorescence efficiency Quality assessment 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3486
重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室， 重庆市现代光电检测技术与仪器重点实验室, 重庆 400054
为了准确在线测量微生物燃料电池(MFC)内Fe3+的浓度，基于倏逝波原理研制了一种D形塑料光纤Fe3+浓度传感器。采用静电层层自组装技术，将含有Fe3+指示剂的材料组装在D形光纤表面，构成Fe3+敏感区。实验研究表明: 传感器的灵敏度、响应时间与敏感膜的厚度和指示剂的含量有关。当Fe3+敏感膜自组装层数为20层时，传感器对含Fe3+离子溶液浓度为0.01mol·L-1的响应时间约13min，最低检测极限达10-6mol·L-1，表明该传感器对Fe3+离子水溶液具有良好的光学响应性能。
微生物燃料电池 静电层层自组装 铁离子敏感膜 塑料光纤 倏逝波传感器 microbial fuel cell electrostatic layer-by-layer self-assembly iron ion sensitive membrane plastic optical fiber evanescent wave sensor
1 军事医学科学院卫生学环境医学研究所天津环境与食品安全风险监控技术重点实验室, 天津 300050
2 南开大学中心实验室, 天津 300071
为了观察PVC敏感膜各成分在对离子识别时发生的变化,应用傅立叶变换-衰减全反射红外光谱研究了含有二苯并24冠8的PVC敏感膜对多种离子的识别作用。傅立叶变换-衰减全反射红外光谱显示,在PVC敏感膜与浓度为0.1mol/L的CdSO4、ZnSO4、Pb(NO3)2、Na2SO4、KCl、NaCl溶液分别反应后,归属于二苯并24冠8的吸收峰,峰高明显增高,其他一些吸收峰也有增高;而PVC敏感膜与浓度为0.1mol/L的Li2SO4、MgCl2分别反应后,PVC敏感膜各吸收峰无显著变化。还讨论了影响识别作用的一些因素,如反应时间、阴离子的作用、敏感膜发生识别作用的位置。结果表明:含有二苯并24冠8的PVC敏感膜对不同离子有选择识别的作用,可选择识别Cd2+、Zn2+、Pb2+、K+、Na+,不能识别Li+、Mg2,PVC敏感膜中的中性离子载体二苯并24冠8对离子的识别起主要作用,四(4—氯苯)硼钾也参与了识别作用。
PVC敏感膜 离子识别作用 傅立叶变换-衰减全反射红外光谱 pvc sensitive membrane ion selective recognition FTIR-ATR
上海理工大学 理学院 光电功能薄膜实验室, 上海 200093
采用严格的耦合模理论, 建立了两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复特征方程进行求解, 结果和D.V.Ignacio的结论相符.求得的谐振波长表明其随膜层厚度和膜层折射率变化明显, 受消光系数影响很小.重点提出了两种途径来优化膜层参量组合, 以获得较大的谐振波长偏移量, 计算结果显示, 参量组合取值为(h3=122.76 nm,h4=400 nm)和(n3=1.572 2, h4=400 nm)时, 谐振波长偏移量分别为10.35 nm和11.74 nm, 远高于只镀一层敏感膜LPFG的偏移量2.78 nm, 从而证明敏感膜层厚度(h4)较大的参量组合可提高传感器的灵敏度.
长周期光纤光栅 弱吸收薄膜 敏感膜 透射谱 Long-period fiber grating Weakly absorbed film Sensing film Transmission spectrum
上海理工大学 理学院光电功能薄膜实验室,上海 200093
采用严格的耦合模理论,建立了镀金属膜和敏感膜的两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复数超越特征方程进行求解,结果和文献[5]给出的数据相符。理论模拟数据表明,金属的消光系数对功率密度和透射谱影响很大,低阶偶次模式在纤芯内的功率密度所占比重远大于奇次模式,其衰减峰幅度也比奇次模高,因此,金属镀层长周期光纤光栅实际应用时,需要选择偶次模作为研究对象。进一步理论分析了金属和敏感膜层参数对长周期光纤光栅谐振特性的影响,研究发现,金属膜厚、敏感膜厚和折射率对谐振波长有较大的影响,谐振波长随金属膜厚、敏感膜厚和折射率的增大向短波方向漂移。在某些区域谐振波长存在跳变现象,长周期光纤光栅实际应用时应避开此区域。
长周期光纤光栅 耦合特性 复特征方程 金属膜 敏感膜 透射谱
光波导具有结构简单,体积小,耐腐蚀,电绝缘性好,便于集成等特点。光波导对折射率、吸收以及放光过程（例如:化学发光或荧光）的变化敏感。这些变化对波导中传输的光起到了调制作用,可利用光波导的这些特性制成各类传感器。其中光波导生物化学传感器是将光波导技术与化学、生物工程技术相结合,它必将会在生物化学领域中发挥重要作用。本文综述了已经研制出的几种类型的光波导生物传感器,并对其特性进行了比较。
光波导 生物化学传感器 生物敏感膜 表面等离子体共振 隐失波 共振映射 激光与光电子学进展
2005, 42(11): 17
