專利名稱：一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，具體地是涉及一種現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)
定空氣中低濃度二氧化氮?dú)怏w的光學(xué)傳感器，屬于傳感器領(lǐng)域技術(shù)。
背景技術(shù)：
二氧化氮(N02)主要來(lái)自煤燃燒產(chǎn)生的廢氣和汽車尾氣，是一種毒性較強(qiáng)的空氣 污染物，是酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題的主要成分，危害人體健康。檢測(cè)二氧化氮的方法 主要有化學(xué)發(fā)光法與電化學(xué)法。前者容易受共存氣體影響，后者則需精密控制電極電勢(shì)與 溫度等實(shí)驗(yàn)條件。基于這2種方法的檢測(cè)儀器多為大型儀器，價(jià)格昂貴，均不便于進(jìn)行二氧 化氮現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)低濃度二氧化氮的熒光光纖傳感器，其成本低、性 能高、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、易于微型化；利用二氧化氮對(duì)特定熒光試劑發(fā)射的熒光具有猝
滅作用，對(duì)低濃度二氧化氮進(jìn)行檢測(cè)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，包括激發(fā)光源、分支光纖、N02納米熒光薄 膜，所述激發(fā)光源的光路與分支光纖的入射端相耦合，分支光纖的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件 相耦合，分支光纖的總端端面外側(cè)設(shè)置有N02納米熒光薄膜。 所述N02納米熒光薄膜涂敷于透明載體片上表面，分支光纖的接收端與光電轉(zhuǎn)換 器件之間設(shè)置有濾光片。 所述分支光纖的總端通過(guò)光學(xué)耦合器固定耦合于透明載體片下表面，與涂敷于透 明載體片上表的N02納米熒光薄膜相對(duì)應(yīng)。 所述分支光纖的入射端通過(guò)光學(xué)耦合器與激發(fā)光源固定耦合，分支光纖的接收端 通過(guò)光學(xué)耦合器與光電轉(zhuǎn)換器件固定耦合；分支光纖的總端通過(guò)光學(xué)耦合器固定于一檢測(cè) 池的頂部，且分支光纖的總端伸入檢測(cè)池，涂敷于透明載體片上的N02納米熒光薄膜置于檢 測(cè)池內(nèi)、且位于分支光纖總端端面的正下方，在透明載體片的下表面設(shè)置有反射鏡，以增強(qiáng) 輻射到分支光纖總端接收光纖端面的熒光強(qiáng)度；所述檢測(cè)池設(shè)有樣品氣入口和樣品出口 ； 位于檢測(cè)池頂部的光學(xué)耦合器與檢測(cè)池之間通過(guò)"O"圈進(jìn)行氣體密封。 所述的激發(fā)光源為高功率發(fā)光二極管或能發(fā)射出合適波長(zhǎng)的脈沖燈；所述的分支 光纖的入射端將激發(fā)光傳輸至熒光敏感薄膜；所述的石英分支光纖接收端將熒光傳輸至光 電轉(zhuǎn)換器件；所述N02納米熒光薄膜(201)指包埋有熒光探針perylene或Ti (Pc)2的熒光 傳感膜。 所述的檢測(cè)池可以由金屬材料或非金屬材料，如聚醚醚酮(PEEK)或特氟龍 (Teflon)或聚氯乙烯(PVC)等不透明材質(zhì)加工而成。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
所述的一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，該傳感器由光學(xué)系統(tǒng)和二氧化氮的 熒光納米薄膜組成。該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.傳感系統(tǒng)可以與不同的二氧化氮熒光納米薄膜組合，極大地簡(jiǎn)化了操作和儀器 結(jié)構(gòu)，有利于擴(kuò)大儀器的應(yīng)用范圍。
2.采用廉價(jià)的發(fā)光二極管為光源，可以極大地降低儀器的制作成本。 3.與傳統(tǒng)的化學(xué)發(fā)光法與電化學(xué)法相比，熒光法具有靈敏度高和選擇性好的優(yōu)
點(diǎn)。選擇對(duì)二氧化氮具有特異響應(yīng)的熒光試劑，可以消除別的氣體，如S(^，C0，Cl2及NH3等
氣體的干擾。 總之，所述的傳感器成本低、性能高、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)傳感器的微型 化，可用于低濃度的二氧化氮?dú)怏w的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。


圖1為一種檢測(cè)帶有檢測(cè)池的二氧化氮的熒光光纖傳感器的示意圖； 圖2為一種無(wú)檢測(cè)池的探頭式二氧化氮的熒光光纖傳感器的示意圖； 圖中101為激發(fā)光源(如高功率發(fā)光二極管或脈沖式光源)，102為分支光纖，
103為接收熒光的光電轉(zhuǎn)換器件(如光電倍增管或硅光電池或CCD光譜儀)，104為濾光
片，105為光學(xué)耦合器，201為二氧化氮納米熒光薄膜，202為透明載體片，203為反射鏡面，
301為檢測(cè)池體，302為檢測(cè)腔，303為樣品入口，304為樣品出口，305為密封"O"圈； 圖3是二氧化氮的熒光光纖傳感器對(duì)不同濃度二氧化氮的熒光光譜響應(yīng)圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 如圖1所示，一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，其為帶有檢測(cè)池的探頭結(jié)構(gòu)， 包括激發(fā)光源101 (高功率發(fā)光二極管)、分支光纖102、 N02納米熒光薄膜201，所述激發(fā) 光源101的光路與分支光纖102的入射端相耦合，分支光纖102的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件 103(CCD光譜儀)相耦合，分支光纖102的總端端面外側(cè)設(shè)置有冊(cè)2納米熒光薄膜201。所 述N(^納米熒光薄膜201涂敷于透明載體片202上表面，分支光纖102的接收端與光電轉(zhuǎn) 換器件103之間設(shè)置有濾光片104。 所述分支光纖102的入射端通過(guò)光學(xué)耦合器105與激發(fā)光源101固定耦合，分支 光纖102的接收端通過(guò)光學(xué)耦合器105與光電轉(zhuǎn)換器件103固定耦合；分支光纖102的總端 通過(guò)光學(xué)耦合器105固定于一檢測(cè)池301的頂部，且分支光纖102的總端伸入檢測(cè)池301， 涂敷于透明載體片202上的N02納米熒光薄膜201置于檢測(cè)池301內(nèi)、且位于分支光纖102 總端端面的正下方，在透明載體片202的下表面設(shè)置有反射鏡203，以增強(qiáng)輻射到分支光纖 102總端接收光纖端面的熒光強(qiáng)度。 所述檢測(cè)池301設(shè)有樣品氣入口 303和樣品出口 304，檢測(cè)池301內(nèi)部的空腔為檢 測(cè)腔302 ;位于檢測(cè)池301頂部的光學(xué)耦合器105與檢測(cè)池301之間通過(guò)"O"圈305進(jìn)行
氣體密封。 本發(fā)明檢測(cè)池體和光纖耦合器可以由金屬材質(zhì)或高分子等非金屬材質(zhì)加工而 成。其中金屬材料可以是不銹鋼、鈦鋁合金等；非金屬材料如陶瓷；高分子材料如聚醚醚酮
4(PEEK)、特氟龍(Teflon)或聚氯乙烯(PVC)等。 所述的激發(fā)光源101為高功率發(fā)光二極管或能發(fā)射出合適波長(zhǎng)的脈沖燈；所述 CCD光譜儀用于接收和處理熒光信號(hào)；二氧化氮熒光敏感薄膜201由對(duì)二氧化氮光敏感分 子經(jīng)包埋技術(shù)固定在一定的溶膠凝膠基質(zhì)或有機(jī)聚合物的透明材料內(nèi)獲得；
二氧化氮的檢測(cè)過(guò)程如下 1)檢測(cè)池池體301通過(guò)分支光纖102與發(fā)光二極管101偶聯(lián)，通過(guò)分支光纖102 與信號(hào)接收和處理系統(tǒng)103偶聯(lián)。 2)分支光纖102與信號(hào)接收和處理系統(tǒng)103之間設(shè)置有濾光片104。
3)傳感器采用一個(gè)高功率發(fā)光二極管為激發(fā)光源IOI，激發(fā)光源101通過(guò)光纖耦 合器105與分支光纖102耦合，激發(fā)光通過(guò)分支光纖102入射端照射到二氧化氮熒光敏感 薄膜201上，產(chǎn)生的熒光被分支光纖102接收端收集和傳輸經(jīng)過(guò)濾光片104至CCD光譜儀 103中進(jìn)行檢測(cè)。 4)熒光敏感薄膜201通常涂覆于載體玻璃片202上表面，載體玻璃片202下表面 固定于反射鏡片203上表面，反射鏡片203固定于流通池301底部中心位置，與分支光纖 102總端相對(duì)。 5) 二氧化氮熒光敏感薄膜的選擇選擇包埋有熒光探針的二氧化氮熒光敏感 薄膜，如包埋有perylene [Sens. Actuators B Chem. 2001,72 :51.]或Ti (Pc) 2 (Sens. Actuators B Chem. 2001， 74 :12.]等熒光探針?lè)肿幼鳛闊晒鈧鞲心ぁ?
應(yīng)用例 將包埋有熒光探針perylene的二氧化氮熒光敏感薄膜安裝在實(shí)施例1所述流 通池內(nèi)上，以中心波長(zhǎng)為390nm的紫色高功率發(fā)光二極管為光源，通過(guò)分支光纖一端對(duì)二 氧化氮熒光敏感膜進(jìn)行激發(fā)，發(fā)射熒光經(jīng)發(fā)射分支光纖另一端的傳輸，通過(guò)長(zhǎng)通濾光片 (LP400)進(jìn)入CCD光譜儀(USB4000)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)有二氧化氮存在時(shí)，激發(fā)態(tài)perylene分子 與二氧化氮分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生熒光猝滅，其結(jié)果如圖3所示，譜線從上到下依次為lO卯m， 20卯m，50卯m和100ppm的二氧化氮對(duì)perylene發(fā)射熒光的作用響應(yīng)。作為傳感器使用時(shí)， 只取470nm波長(zhǎng)的熒光。
實(shí)施例2 如圖2所示，一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，其為開放的無(wú)池探頭結(jié)構(gòu)，包 括激發(fā)光源101、分支光纖102、 N02納米熒光薄膜201，所述激發(fā)光源101的光路與分支光 纖102的入射端相耦合，分支光纖102的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件103相耦合，分支光纖102 的總端端面外側(cè)設(shè)置有N02納米熒光薄膜201。所述N02納米熒光薄膜201涂敷于透明載 體片202上表面，分支光纖102的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件103之間設(shè)置有濾光片104。
所述分支光纖102的總端通過(guò)光學(xué)耦合器105固定耦合于透明載體片202下表 面，與涂敷于透明載體片202上表的N02納米熒光薄膜201相對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求
一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，包括激發(fā)光源(101)、分支光纖(102)、NO2納米熒光薄膜(201)，其特征在于所述激發(fā)光源(101)的光路與分支光纖(102)的入射端相耦合，分支光纖(102)的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件(103)相耦合，分支光纖(102)的總端端面外側(cè)設(shè)置有NO2納米熒光薄膜(201)。
2. 按照權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于所述冊(cè)2納米熒光薄膜(201)涂敷于透 明載體片(202)上表面，分支光纖(102)的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件(103)之間設(shè)置有濾光 片(104)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于所述分支光纖(102)的總端通過(guò)光學(xué) 耦合器(105)固定耦合于透明載體片(202)下表面，與涂敷于透明載體片(202)上表面的 N02納米熒光薄膜(201)相對(duì)應(yīng)。
4. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于所述分支光纖(102)的入射端通過(guò)光 學(xué)耦合器(105)與激發(fā)光源(101)固定耦合，分支光纖(102)的接收端通過(guò)光學(xué)耦合器 (105)與光電轉(zhuǎn)換器件(103)固定耦合；分支光纖(102)的總端通過(guò)光學(xué)耦合器(105)固 定于一檢測(cè)池(301)的頂部，且分支光纖(102)的總端伸入檢測(cè)池(301)，涂敷于透明載體 片(202)上的N02納米熒光薄膜(201)置于檢測(cè)池(301)內(nèi)、且位于分支光纖(102)總端 端面的正下方，在透明載體片(202)的下表面設(shè)置有反射鏡(203)，以增強(qiáng)輻射到分支光纖 (102)總端接收光纖端面的熒光強(qiáng)度。
5. 按照權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于所述檢測(cè)池(301)設(shè)有樣品氣入口 (303)和樣品出口 (304);位于檢測(cè)池(301)頂部的光學(xué)耦合器(105)與檢測(cè)池(301)之間 通過(guò)"O"圈(305)密封。
6. 按照權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于檢測(cè)池(301)由不透明的金屬材質(zhì)或 非金屬材料加工而成，非金屬材料為聚醚醚酮或特氟龍或聚氯乙烯。
7. 按照權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于所述冊(cè)2納米熒光薄膜(201)指包埋有 熒光探針perylene或Ti (Pc)2的熒光傳感膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)二氧化氮的熒光光纖傳感器，包括激發(fā)光源、分支光纖、NO2納米熒光薄膜，所述激發(fā)光源的光路與分支光纖的入射端相耦合，分支光纖的接收端與光電轉(zhuǎn)換器件相耦合，分支光纖的總端端面外側(cè)設(shè)置有NO2納米熒光薄膜。本發(fā)明的二氧化氮傳感器成本低、性能高、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、易于微型化，可用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)低濃度的二氧化氮?dú)怏w。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101750403SQ20081022987
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者關(guān)亞風(fēng), 徐靜, 朱道乾, 熊艷, 王建偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所