本發(fā)明涉及一種光纖溶氧傳感器探頭及其制造方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的溶氧檢測(cè)設(shè)備是基于化學(xué)方法的clark電極和winkler滴定儀，但上述設(shè)備在測(cè)量時(shí)會(huì)消耗待測(cè)的氧，而且電極表面易被蛋白質(zhì)、有機(jī)物等污染，并易受外界磁場(chǎng)影響。而基于金屬卟啉磷光的溶氧檢測(cè)方法因不消耗氧，且能避免表面干擾，因而近年來(lái)得到迅速發(fā)展。此外，基于金屬卟啉磷光的溶氧檢測(cè)方法具有很高的測(cè)量精度。通常，基于clark電極法的溶氧裝置可實(shí)現(xiàn)0到400μm的溶解氧濃度測(cè)量，測(cè)量精度約為4μm，對(duì)于較高溶氧濃度情況，其信噪比較低。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將基于金屬卟啉磷光的溶氧檢測(cè)方法的測(cè)氧精度提高到了2μm。從測(cè)量范圍來(lái)看，對(duì)于小于250μm的溶氧環(huán)境，基于金屬卟啉磷光的溶氧檢測(cè)方法在這樣的低氧濃度范圍內(nèi)具有更大的靈敏度和更高的精度。

然而，目前基于金屬卟啉磷光的溶氧檢測(cè)方法主要通過(guò)將金屬卟啉溶于采樣溶液，而后利用光學(xué)方法通過(guò)測(cè)量其磷光特性進(jìn)行溶氧濃度檢測(cè)。這種方法操作復(fù)雜、溶氧檢測(cè)結(jié)果難以實(shí)時(shí)顯示，且金屬卟啉使用劑量大、提高了單次檢測(cè)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決目前利用金屬卟啉磷光測(cè)氧流程復(fù)雜、無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)的問(wèn)題，提供了一種光纖溶氧傳感器探頭及其制造方法。

本發(fā)明一種光纖溶氧傳感器探頭包括：光纖和氧傳感膜，氧傳感膜通過(guò)配位反應(yīng)固化在光纖出射端面；其中所述的氧傳感膜為金屬卟啉嵌入的籠型聚倍半硅氧烷。

本發(fā)明一種光纖溶氧傳感器探頭的制造方法按以下步驟進(jìn)行：一、在籠型聚倍半硅氧烷的聚合反應(yīng)中加入金屬卟啉，制成嵌入金屬卟啉的籠型聚倍半硅氧烷氧傳感膜；二、嵌入金屬卟啉的籠型聚倍半硅氧烷氧傳感膜通過(guò)與光纖出射端面的sio2配位反應(yīng)固化在光纖出射端面。

光纖接收端需要同時(shí)連接光源和探測(cè)元件，故本發(fā)明中光纖探頭的另一端需要經(jīng)過(guò)二向色鏡與y型分叉光纖的主光纖耦合，激發(fā)光由y型光纖的一個(gè)分支端耦合進(jìn)入光纖，經(jīng)由二向色鏡傳輸?shù)焦饫w探頭端面照射到嵌入金屬卟啉的薄膜上，金屬卟啉的磷光經(jīng)由探頭耦合進(jìn)入光纖，經(jīng)由二向色鏡耦合進(jìn)入y型光纖的主光纖，由y型光纖的另一個(gè)分支端進(jìn)行分光探測(cè)(通常采用光譜儀，也可以使用濾光片+探測(cè)器的組合方式)。

本發(fā)明的有益效果：籠型聚倍半硅氧烷(poss)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性以及高的孔隙率，而且poss的硅氧鍵能夠與光纖芯的sio2配位鏈接。本發(fā)明通過(guò)籠型聚倍半硅氧烷(poss)將金屬卟啉固化到光纖端面，可以利用光纖探頭直接對(duì)待測(cè)溶液溶氧濃度進(jìn)行檢測(cè)，不需要常規(guī)檢測(cè)方法必須的采樣步驟，提高了測(cè)量效率；而且，金屬卟啉對(duì)溶氧具有高的響應(yīng)，利用光纖探頭能夠?qū)崿F(xiàn)溶氧濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而本發(fā)明固化后的金屬卟啉對(duì)溶氧的響應(yīng)與采樣檢測(cè)的響應(yīng)規(guī)律一致，證明了該方法的可行性。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明金屬卟啉結(jié)構(gòu)圖，其中m表示金屬離子；

圖2為實(shí)施例1光纖溶氧傳感器探頭的結(jié)構(gòu)圖；其中1為光纖外皮、2為光纖芯、3為光纖金屬護(hù)套、4為氧傳感膜；

圖3為不同氧環(huán)境下實(shí)施例1的溶氧檢測(cè)探頭的光譜特性圖，其中a為聚合物背底、b為氧氣環(huán)境、d為氮?dú)猸h(huán)境。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式一種光纖溶氧傳感器探頭包括：光纖和氧傳感膜，氧傳感膜通過(guò)配位反應(yīng)固化在光纖出射端面；其中所述的氧傳感膜為金屬卟啉嵌入的籠型聚倍半硅氧烷。

本實(shí)施例中金屬卟啉結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

光纖接收端需要同時(shí)連接光源和探測(cè)元件，故本發(fā)明中光纖探頭的另一端需要經(jīng)過(guò)二向色鏡與y型分叉光纖的主光纖耦合，激發(fā)光由y型光纖的一個(gè)分支端耦合進(jìn)入光纖，經(jīng)由二向色鏡傳輸?shù)焦饫w探頭端面照射到嵌入金屬卟啉的薄膜上，金屬卟啉的磷光經(jīng)由探頭耦合進(jìn)入光纖，經(jīng)由二向色鏡耦合進(jìn)入y型光纖的主光纖，由y型光纖的另一個(gè)分支端進(jìn)行分光探測(cè)(通常采用光譜儀，也可以使用濾光片+探測(cè)器的組合方式)。

本實(shí)施方式的有益效果：籠型聚倍半硅氧烷(poss)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性以及高的孔隙率，而且poss的硅氧鍵能夠與光纖芯的sio2配位鏈接。本實(shí)施方式通過(guò)籠型聚倍半硅氧烷(poss)將金屬卟啉固化到光纖端面，可以利用光纖探頭直接對(duì)待測(cè)溶液溶氧濃度進(jìn)行檢測(cè)，不需要常規(guī)檢測(cè)方法必須的采樣步驟，提高了測(cè)量效率；而且，金屬卟啉對(duì)溶氧具有高的響應(yīng)，利用光纖探頭能夠?qū)崿F(xiàn)溶氧濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而本實(shí)施方式固化后的金屬卟啉對(duì)溶氧的響應(yīng)與采樣檢測(cè)的響應(yīng)規(guī)律一致，證明了該方法的可行性。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述的籠型聚倍半硅氧烷結(jié)構(gòu)式為：

其中r的結(jié)構(gòu)式為：其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同的是：所述的金屬卟啉為釓卟啉。其它與具體實(shí)施方式一或二之一相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述的金屬卟啉為鉑卟啉。其它與具體實(shí)施方式四至六之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：氧傳感膜通過(guò)與光纖出射端面的二氧化硅配位反應(yīng)固化在光纖出射端面。其它與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式一種光纖溶氧傳感器探頭的制造方法按以下步驟進(jìn)行：一、在籠型聚倍半硅氧烷的聚合反應(yīng)中加入金屬卟啉，制成嵌入金屬卟啉的籠型聚倍半硅氧烷氧傳感膜；二、嵌入金屬卟啉的籠型聚倍半硅氧烷氧傳感膜通過(guò)與光纖出射端面的sio2配位反應(yīng)固化在光纖出射端面。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六不同的是：所述的籠型聚倍半硅氧烷結(jié)構(gòu)式為：

其中r的結(jié)構(gòu)式為：其它與具體實(shí)施方式六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六或七不同的是：所述的金屬卟啉為釓卟啉。其它與具體實(shí)施方式六或七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六至八之一不同的是：所述的金屬卟啉為鉑卟啉。其它與具體實(shí)施方式六至八之一相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六至九之一不同的是：步驟一所述的金屬卟啉的加入量為金屬卟啉與籠型聚倍半硅氧烷的摩爾百分比為15～30％。其它與具體實(shí)施方式六至九之一相同。

實(shí)施例1、本實(shí)施例一種光纖溶氧傳感器探頭包括：光纖和氧傳感膜，氧傳感膜通過(guò)配位反應(yīng)固化在光纖出射端面；其中所述的氧傳感膜為金屬卟啉嵌入的籠型聚倍半硅氧烷。其制造方法為：一、在苯乙烯poss的聚合反應(yīng)中加入釓卟啉，制成甲基丙烯酸叔丁酯poss共聚物氧傳感膜；二、甲基丙烯酸叔丁酯poss共聚物氧傳感膜通過(guò)與光纖出射端面的sio2配位反應(yīng)固化在光纖出射端面。本實(shí)施例的光纖溶氧傳感器探頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

本實(shí)施例中苯乙烯poss的結(jié)構(gòu)式為

其中r的結(jié)構(gòu)式為：

甲基丙烯酸叔丁酯poss共聚物的結(jié)構(gòu)式為：

其中r的結(jié)構(gòu)式為：

將本實(shí)施例的光纖溶氧傳感器探頭進(jìn)行溶氧檢測(cè)，不同氧環(huán)境下溶氧檢測(cè)探頭的光譜特性圖如圖3所示，由圖3可知，本實(shí)施例固化后的金屬卟啉對(duì)溶氧的響應(yīng)與采樣檢測(cè)的響應(yīng)規(guī)律一致，因此，本實(shí)施例利用金屬卟啉磷光測(cè)氧流程簡(jiǎn)單、可以實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。