[發(fā)明專利]一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410818661.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN104515771A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白忠臣;秦水介;張正平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/78
• 分類號(hào): G01N21/78;G01N21/31
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)，尤其涉及一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)調(diào)控水平的提高，與人類日常生活密切相關(guān)的食品、果蔬等每日必須品中的鉻、鉛、鎘等微量元素相比工業(yè)農(nóng)不發(fā)達(dá)時(shí)期有了顯著的提高。這些重金屬有些是來自于工業(yè)生產(chǎn)過程、有些來源于動(dòng)植物培育過程，它們的含量超出正常標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在食品、果蔬中屢見不鮮，這嚴(yán)重地影響人類的健康，威脅人類的生存與發(fā)展，已成為重大社會(huì)問題之一。

成人在長期食用重金屬超標(biāo)的食品和果蔬后，這些重金屬會(huì)在人體內(nèi)累積，影響人體器官等有機(jī)體功能，破壞人體激素水平，進(jìn)而增加人的患病率，尤其是孕婦和兒童長期食用重金屬超標(biāo)的食品和果蔬會(huì)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)損害。故快速有而效地檢測(cè)食品和果蔬中重金屬含量是保護(hù)人類健康、減少新生兒畸形等方面具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)意義。

目前，常用重金屬檢測(cè)方法主要有原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、原子熒光法、電化學(xué)方法、質(zhì)譜法等，這些方法均需要專業(yè)操作人員、復(fù)雜的儀器和昂貴的價(jià)格，它們適用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，不適合現(xiàn)場(chǎng)過程監(jiān)測(cè)。市場(chǎng)上出現(xiàn)的試紙顯色法雖然能克服上述方法的缺點(diǎn)，但是，靈敏度、可重復(fù)性和準(zhǔn)確度均無法保證，只適用于初篩，不能作為最終標(biāo)準(zhǔn)。光纖傳感器具有體積小、價(jià)格低、精度高、易于與其它設(shè)備集成等許多優(yōu)點(diǎn)。已廣泛應(yīng)用于溫度監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染、醫(yī)療等領(lǐng)域。

1992年Kopelman最早構(gòu)建并使用了基于熒光法的光纖納米傳感器用于檢測(cè)微環(huán)境中的pH值以來光纖傳感器以來，光纖傳感器應(yīng)用于有機(jī)物和無機(jī)物的檢測(cè)的研究蓬勃發(fā)展，并取得了許多先進(jìn)的成果。但是也出現(xiàn)許多難于克服的困難，主要表現(xiàn)在：（1）由于光纖的纖芯直徑細(xì)小，在組裝過程中易于折斷，受環(huán)境溫度影響較大；（2）目標(biāo)檢測(cè)物的分子、離子與光纖表面結(jié)合時(shí)間長；（3）在使用過程中易于發(fā)生彎曲、折斷等。以上這些缺點(diǎn)限制光纖傳感器在食品、果蔬等重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用。由于光纖傳感器的無生俱來的優(yōu)點(diǎn)和在食品、果蔬中重金屬檢測(cè)的高精度、低花費(fèi)、檢測(cè)速度快等巨大優(yōu)勢(shì)，依然是重金屬快速檢測(cè)領(lǐng)域亟待發(fā)展的前沿技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：提供一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的光纖傳感器由于光纖的纖芯直徑細(xì)小，在組裝過程中易于折斷，受環(huán)境溫度影響較大；目標(biāo)檢測(cè)物的分子、離子與光纖表面結(jié)合時(shí)間長；在使用過程中易于發(fā)生彎曲、折斷等。以上這些缺點(diǎn)限制光纖傳感器在食品、果蔬等重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用等問題。

本發(fā)明技術(shù)方案：

一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器，它包括光纖，光纖外層是重金屬光譜顯色薄膜層，重金屬光譜顯色薄膜層外層是曲面空腔層，曲面空腔層外層是重金屬離子透過層，重金屬離子透過層外層是帶孔曲面保護(hù)層。

帶孔曲面保護(hù)層兩端有橡膠套環(huán)和光纖插芯。

它還包括樣品池，樣品池內(nèi)蓋有重金屬離子過濾模，重金屬離子過濾模內(nèi)有單通道重金屬光纖傳感器。

所述的單通道重金屬光纖傳感器通過光纖插芯固定夾固定。

所述的樣品池底部有樣品池基底。

一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器的制備方法，它包括下述步驟：

步驟1、將單模光纖切成長為2.5-4cm，將光纖兩端用細(xì)砂紙研磨平，酒精清洗干凈；

步驟2、在步驟1清洗干凈的光纖中間取長為1.2cm，去除包層酒精洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

步驟3、將步驟2中的光纖去除包層部分浸入體積分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸溶液刻蝕30分鐘取出，用去離子水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

步驟4、將步驟3制備的光纖垂直浸入重金屬顯色劑中15分鐘后，以0.1mm/s的速度提起后，放入溫度為150攝氏度的鼓風(fēng)干燥箱中加熱固化1小時(shí)，自然冷卻；

步驟5、用酒糧清洗沒有被步驟3刻蝕的光纖部分，然后去離子水清洗，氮?dú)獯蹈桑?/p>

步驟6、用3d打印機(jī)打印兩個(gè)由圓柱曲面和半圓弧曲面構(gòu)成的復(fù)合曲面；

步驟7、在步驟6制作的復(fù)合曲面的兩個(gè)半圓弧曲面的上方等間距開出直徑為1mm的小孔，去離子水清洗；

步驟8、將重金屬離子透過層嵌入經(jīng)步驟7處理過的兩個(gè)半圓弧曲面內(nèi)壁，再將步驟5中已制備好的光纖放置在其中一個(gè)半圓弧曲面上，將兩個(gè)半圓弧曲面及圓柱曲面對(duì)準(zhǔn)合上形成圓柱曲面，得到所述的單通道重金屬光纖傳感器；

步驟9、在步驟8中制作好的基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器的二個(gè)光纖端頭的圓柱曲面外部套上橡膠套環(huán)以固定光纖的二個(gè)端頭。