[实用新型]光化学氧分子传感装置

说明书

本实用新型涉及一种氧气传感装置，特别是涉及一种光化学氧分子传感装置。

现有的氧气传感器包括光纤氧传感器，半导体氧传感器，电化学氧传感器以及薄膜型氧传感器等多种类型。光纤氧传感器通常存在光的入射，出射，传导过程中信号的减弱及非线形输入/输出等问题；半导体型氧传感器受温度、湿度的影响很大，气敏元件的处理过程也比较烦琐；电化学氧传感器，当气体扩散跟不上电极反应速率时，传感器的信号会失真，且电极的造价也较昂贵。基于以上各传感器所存在的问题以及进一步应用和生产的需要，薄膜型氧传感器由于具有响应速率快，结构简单，操作方便，成本低，生产投资少等优点而越来越受到人们的青睐。

本实用新型目的是提供一种光化学薄膜型氧分子传感装置，其光致发光特性随氧气浓度而变化，反应迅速，检测极限低，相对便宜，易于操作，适用于分子氧的检测，特别对于医疗诊断，工业监测，环境保护和生化研究等方面，尤为适宜。

本实用新型是按如下技术方案实现的：它由激发光源，传感活性层和检测器三部分组成。

激发光源为平面有机电致发光光源；传感活性层以多孔及透明的聚合物、硅橡胶或溶胶-凝胶薄膜为母体材料，母体材料的厚度为1-10μm。选择Ru、Pt、Ir和Os的配合物为氧气探针分子分散于其中，氧气分子可 以通过母体材料的孔径与分散于其中的配合物发光分子相碰撞，配合物分子发光特性的改变可以通过检测器诸如荧光光谱仪、色度坐标仪，或用肉眼直接观测，也可以通过光电信号转换、放大、校正和显示装置直接显示分子氧浓度。

本实用新型的原理是利用发光过渡金属配合物的长寿命的三重激发态易于被氧气猝灭的光物理特性，当氧气存在时，配合物分子和分子氧发生碰撞猝灭，使光致发光强度明显减弱，其猝灭行为遵循Stern-volmer方程，且猝灭响应值在90％以上，变化非常明显。母体材料的作用是分散发光分子，防止发生聚集，提高信号强度，增强信号稳定性和可重复性。发光分子在母体中的分散浓度通常低于其聚集浓度，如：Ru(dpp)₃²⁺在溶胶-凝胶膜中的分散浓度为1g/l。置于氮气或氩气气氛下，被猝灭的发光可以迅速复原；置于另一种所需检测的气氛下，发光强度也可以迅速随之改变，通常响应时间小于5秒。因此，本实用新型只需将氧气传感装置置于所需检测的气氛下，即可显示其对应的氧气浓度，操作简单方便，反应迅速准确。

综上所述，本实用新型采用发光的氧气敏感分子为探针和利于气体扩散的多孔薄层材料为母体，特别是以平面薄层有机电致发光光源为激发光源，通过监测发光特性的变化实现了对氧气浓度的检测。因此，本实用新型具有反应迅速，相对便宜，易于操作等特点，非常适于医疗诊断，工业监测，环境保护和生化研究等方面。

下面结合附图对本实用新型做进一步阐述。

图1为本实用新型的示意图。

如图1所示，本实用新型包括依次叠层排列的有机电致激发光源1，透明的玻璃衬底2和传感活性层3，以及对应的检测器4。传感活性层3由多孔透明的薄层材料31和发光过渡金属配合物分子32构成。检测器由感光电阻41，差动放大电路42，单片机43和显示屏44构成。当接通电源后，有机电致激发光源1均匀的大面积的发射出所需波长的激发光，透过透明的玻璃衬底2和母体材料31，作用于配合物发光分子32，当发光分子32受光激发后，由三重态金属向配体电荷转移的基态跃迁到激发态而发光，氧气分子通过母体材料的孔径与分散于其中的发光分子32相碰撞，猝灭其三重态发光。发光特性的改变可以用肉眼直接观察并与标准色度相比较来判断分子氧的浓度，也可以经感光电阻41转化为电信号，电信号经过差动放大电路42放大、去背底，和单片机43矫正最后由显示屏44直接显示氧气浓度。反应迅速准确，操作简单方便。

检测器的电路原理简单，普通技术人员即可设计且不是本实用新型的保护范围，故不加过多叙述。