[发明专利]一种用于在线检测的红外光纤倏逝波传感器及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于在线检测的红外光纤倏逝波传感器及制备方法，属于电子测量器件技术领域。该传感器由传感探头和传感探头固定单元构成；传感探头固定单元由4个光纤耦合器、2根两端带有光纤连接器的中红外光纤、圆柱形外壳和2个可拆卸安装板构成，光纤耦合器分别与光纤连接器相连，光纤耦合器、光纤连接器及光纤在外壳内通过封装胶灌封成整体，可拆卸安装板安装在外壳的两端，4个光纤耦合器分布在传感探头固定单元的两侧；传感探头由中红外光纤和其两端连接的光纤连接器构成，中红外光纤的中间部分由中红外光纤纤芯和依次包覆在其上的氯化烃捕捉聚合物膜和超疏水膜构成。本发明可实现对水体中氯化烃及其它挥发性有机物的在线测量。

技术领域

本发明涉及一种用于在线检测的红外光纤倏逝波传感器及制备方法，具体涉及一种用于水体中氯化烃污染物在线检测的红外光纤倏逝波传感器，属于电子测量器件技术领域。

背景技术

氯化烃是一类剧毒、持久和普遍存在的挥发性污染物，对水生生态系统和人类健康构成相当大的风险。它们通常以低浓度存在，并与水生环境中的其他污染物混合，因此难以在线、准确检测。

目前，氯化烃检测通常采用色谱或光谱检测方法。尽管这些方法具有高选择性和高敏灵敏度，但这些方法需要复杂且耗时的预浓缩和提取步骤，熟练操作人员，通常限于实验室分析，难以实现在线原位检测。为了对水体中氯化烃挥发性有机物进行在线原位检测，操作简单、响应速度快、性价比高的光纤光谱技术得到了发展。

用于水体中氯化烃等挥发性有毒有机污染在线原位检测的光纤光谱技术主要包括紫外-可见光纤光谱、拉曼光纤光谱、荧光光纤光谱和拉曼光纤光谱。然而在紫外-可见光谱中，很难区分复杂混合物中的多种氯化烃。拉曼光谱检测下限只能达到ppm，即使在通过固相微萃取进行预浓缩后也难以实现对水体中痕量氯化烃等挥发性有毒有机污染物的检测。荧光光谱无法识别不发光的氯化烃，并且水样中存在的荧光猝灭成分(例如氯)会干扰检测。相比之下，中红外光纤光谱技术可以直接、无标记地在线原位检测氯化烃等多种挥发性有毒有机物污染物，灵敏度相对较高、响应速度快、测量过程简单和传感器性价比高等优点。虽然中红外光纤光谱传技术具有上述诸多优点，但当前中红外光纤光谱传感器灵敏度仍较低，测量过程易受水体中水分子影响，传感器探头不可拆卸等缺点。

发明内容

为了实现对水体中痕量氯化烃等多种挥发性有毒有机污染物在线、原位、准确、快速地检测，本发明利用中红外光纤构建了一种高灵敏度、免疫水分子影响、传感探头可拆卸的光纤倏逝波传感器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于在线检测的红外光纤倏逝波传感器，由传感探头和传感探头固定单元两部分构成；传感探头固定单元由4个光纤耦合器、2根两端带有光纤连接器的中红外光纤、圆柱形外壳和2个可拆卸安装板构成，光纤耦合器分别与光纤连接器相连，光纤耦合器、光纤连接器及光纤在外壳内通过封装胶灌封成整体，2个可拆卸安装板安装在外壳的两端，4个光纤耦合器分布在传感探头固定单元的两侧；传感探头由中红外光纤和其两端连接的光纤连接器构成，中红外光纤的中间部分由中红外光纤纤芯和依次包覆在其上的氯化烃捕捉聚合物膜和超疏水膜构成。

进一步地，所述的氯化烃捕捉聚合物膜主要由乙烯丙烯共聚物构成，膜的厚度为25～30微米。

进一步地，所述的超疏水膜主要由SiO₂、氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙氧基三甲氧基硅烷组成，SiO₂、氨丙基三乙氧基硅烷与环氧丙氧基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.25:0.25～1:0.5:0.5，具有SiO₂复合粒子团聚结构；由氨基修饰的二氧化硅溶胶与环氧基团修饰的二氧化硅溶胶反应得到，膜的厚度为50～150纳米。

进一步地，所述传感探头的中红外光纤整体形状为U形+环形，其主体形状为U形，U形中间设有一个环。所述环的直径为25～70毫米。