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甲烷传感器

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新型模式滤光光纤化学甲烷传感器的研究

本文第一章:简述了光纤化学传感器的工作原理、分类及优点,重点综述了光纤化学甲烷传感器、光纤化学pH传感器和基于模式滤光检测的光纤化学传感器的研究进展。 第二章:基于裸光纤和毛细管构建了模式滤光光纤化学甲醛传感器。当不同浓度的甲醛溶液通入该传感器时,甲醛溶液就会发挥相当于光纤包层的作用。由于不同浓度甲醛的折射率不同,光纤芯包界面的折射率必然会随着甲醛浓度的改变而发生相应变化,导致部分光从光纤侧面漏出,漏出的光被置于光纤侧面的电荷耦合器件(CCD)捕获并被储存和处理,通过建立模式滤光强度与甲醛浓度的定量关系来测定甲醛。结果表明,模式滤光强度随甲醛浓度的升高而降低。在最佳实验条件下(入射角为6°、液体流速为1.12 mL/min),传感器对甲醛的响应时间(t_(95%))约为35 s,甲醛的响应范围为0.0-36.0% v/v,检出限为0.08% v/v。该传感器具有良好的可逆性、重现性、稳定性和准确度,为甲醛监测提供了一种简便、灵敏、快速、准确和经济的新方法。 第三章:选用对甲烷有合适空腔大小的超分子——穴番A作光纤涂层材料,采用溶胶-凝胶法和浸涂技术将它涂在光纤表面制备修饰涂层光纤,然后将该光纤插入毛细管中搭建模式滤光光纤化学甲烷传感器。当甲烷通入该传感系统时,甲烷就会与光纤涂层中的穴番A发生相互作用,导致光纤芯包界面的折射率发生变化,部分光从光纤侧面漏出,漏出的光被置于光纤侧面的CCD捕获并被储存和处理,根据模式滤光强度与甲烷浓度的定量关系建立测定甲烷的方法。实验发现,模式滤光强度随甲烷浓度的升高而降低。在最佳实验条件下(入射角为6°,气体流速为0.25L/h)下,传感器的响应时间(t_(95%))约为5 min,甲烷的响应范围为0.0-16.0% v/v,检出限为0.15% v/v。该传感器具有良好的重现性(甲烷浓度3% v/v,RSD<7%,n=6)。涂层在6个月内呈现良好的稳定性。氧气、氢气、二氧化碳对测定基本不存在干扰,而二氯甲烷、四氯化碳对测定存在一定程度的干扰。与文献报道的方法相比,该方法具有更低的检出限。该传感器为甲烷监测提供了一种新技术。 第四章:将指示剂甲酚红制成溶胶,采用浸涂技术涂在光纤表面形成凝胶制得修饰涂层光纤,然后将该光纤插入毛细管中构建模式滤光光纤化学pH传感器。当不同pH溶液引入该传感器时,氢离子或氢氧根离子就会与涂层中的甲酚红发生作用,引起甲酚红所带电荷发生改变,导致光纤芯包界面的折射率发生变化,部分光从光纤侧面漏出,漏出的光被置于光纤侧面的CCD捕获并被储存和处理,通过建立模式滤光强度与pH的定量关系来测定pH。实验结果表明,光纤侧面漏出的模式滤光信号强度随涂层光纤表面溶液pH的增加而降低。在最佳实验条件下(入射角为5°,液体流速为0.77 mL/min),传感器的响应时间(t_(95%))约为2-6 min,模式滤光信号强度在pH9.0-13.0范围内呈S型曲线变化且有良好的线性关系。该传感器具有较好的可逆性、重现性和准确度,且一些常见的碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子等都对测定几乎不存在干扰。与文献报道的方法相比,该传感器具有更高的灵敏度。该传感器为较高酸度溶液pH的监测提供了一种新思路。 第五章:采用溶胶-凝胶法和浸涂技术将指示剂溴甲酚绿涂在光纤表面制得修饰涂层光纤,将该光纤插入毛细管中搭建模式滤光光纤化学pH传感器。当不同pH溶液引入该传感器时,氢离子或氢氧根离子就会与光纤涂层中的溴甲酚绿发生作用导致它所带的电荷发生改变,引起光纤芯包界面折射率发生变化,部分光从光纤侧面漏出,漏出的光被置于光纤侧面的CCD捕获并被储存和处理,通过建立模式滤光强度与pH的定量关系来实现对不同pH溶液的测定。实验结果表明,光纤侧面漏出的模式滤光信号强度随光纤涂层表面溶液pH的增加而降低。在最佳实验条件下(入射角为5°,液体流速为0.96 mL/min),传感器的响应时间(t_(95%))约为100 s,模式滤光信号强度在pH2.0-8.0范围内呈S型曲线变化且在pH3.0-7.0有良好的线性关系。该传感器具有较好的可逆性、重现性和稳定性。一些常见的离子对测定几乎不存在干扰,但K~+、Ca~(2+)、Pb~(2+)对测定有干扰。该传感器为酸性溶液pH的监测提供了一种新途径。 第六章:总结全文,提出下一步工作设想。

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