熒光光纖傳感器

熒光光纖傳感器是什么

熒光光纖傳感器由熒光光纖探頭、光纖、光纖轉換器等構成。光纖在整個裝置中的作用有幾種情況。對可進行直接測量的場合(即被測物能直接發光),光纖頭裸露,直接受光;對需要間接測量的場合(被測物質與相應的試劑作用后才能發出熒光),要在光纖端部進行試劑固定化工作。試劑的固定化有多種形式,一種方法是將試劑先固定于載體上(如放在聚合物基質上或置于半透膜之后),然后載體再粘附到光纖端部。也可以采用適當的工藝將試劑直接固定于光纖端部。光纖本身主要是起著受光、傳光的作用(目前用于熒光測試的傳感器基本屬于這種類型。傳輸光纖可由兩條或多條光纖組成光纖束,激發光可經由光纖接收。為降低耦合損耗及噪聲干擾,也有考慮將光源、探測器及放大器均置于探頭內部,以達到提高靈敏度的目的。

熒光光纖傳感器除保留了熒光檢測方法的優點外,還顯示了光纖傳感方法的優勢。這種新型傳感器的與傳統的熒光方法相比較,具有如下幾個特點:

(1)由于探頭直接探入待測液中,因而能提高接收信號的能力,減少光散射損失,對環境的敏感性降低,能克服濃度過大引起內濾效應及自吸收效應。

(2)不需要參考電極,實現小型化,操作簡便。

(3)抗干擾能力強,絕緣性能好,能在較惡劣的環境里工作。

(4)靈敏度及選擇性都很高,能較快而準確地得出測量結果。

以上這些特點使得人們對開發熒光光纖傳感器表現了濃厚的興趣。

熒光光纖傳感器的發展特點及應用前景

從已做過的研制工作及發表文獻來看,這種新傳感方法的發展趨勢有如下一些特點:

(1)許多研究工作都把注意力集中于用光纖傳感器來實現遙感測量。這是最能體現光纖優越性的一個領域。已有人利用光纖探頭深入到地表以下50m處檢測碳氫化合物類物質發出的微量熒光,也有深入到水下幾十米深進行探測的實驗。為了監測地下水的污染狀況,有人使用了具有雙重遙測功能(強度與壽命)的熒光光纖傳感器。為了擴大使用范圍,還出現可調諧波長的激光系統與光纖相結合實現遠距離測量,針對惡劣的環境氣氛(如有毒性、腐蝕性等)也出現了能進行遙測的熒光傳感器。從發展的趨勢看,在環境的選擇性測量中,熒光光纖傳感器會受到更多的重視。

熒光光纖傳感器用于實時、現場的檢測并提高其可靠性。例如已研制了監測對維持生命有重要作用的生物量的濃度以及它們的新陳代謝狀態的光纖熒光光譜儀,對生物體重要參數的測量也取得了進展。作為現代檢測技術的發展方向,這種傳感器對在線測量是大有作為的。

熒光光纖傳感器以其獨特的優點,在許多方面都能得到應用。尤其在一些極端的環境及條件下都能夠正確地進行測試。例如,可以對極低濃度的物質(如荷爾蒙、類固醇等)測量;對極微小體積樣品的檢測(如上面介紹的亞微米范圍);在低溫條件下測量熒光強度及壽命;可以在超臨界流體中檢測熒光;以每秒120～ 500個樣品的速率進行高速檢測等等。

隨著科學技術的發展,生產實踐對測試技術的要求也在提高,熒光光纖傳感器在近十多年來的進展已表現了強大的生命力,隨著對其研究的深入,應用范圍必將進一步擴大。這門檢測技術的發展,涉及了多學科領域的知識,可以預計,熒光光纖傳感器必將成為最富有吸引力的傳感器技術之一。