申请日2011.05.04
公开(公告)日2011.11.23
IPC分类号G01N21/41
摘要
一种用于甲基橙污水降解监测的光纤SPR传感器，其系统主要由宽带光源(1)、Y型耦合器(2)、光纤探头(3)、光谱分析仪(4)、USB数据线(5)、计算机(6)组成。其特征在于：整个传感光路只由一个Y型耦合器来完成，Y型耦合器三个端口分别和光纤探头、光谱分析仪、宽带光源连接，测量主要是由一个多模粗径光纤探头完成的，并且是基于波长调制型的传感器。这样就使该SPR传感器相对于其他传感器具有更高的测量精度，对于待测的甲基橙分子具有高特异性和灵敏度，不需要对甲基橙分子进行标记，避免了二次污染，并且还具有操作起来还非常简单、加工方便、移动好等优点。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种用于甲基橙污水降解监测的光纤SPR传感器，其特征在于：整个系统包括宽带光源(1)、Y型耦合器(2)、光纤探头(3)、光谱分析仪(4)，Y型耦合器三个端口分别和光纤探头(3)、光谱分析仪(4)、宽带光源(5)连接，光谱分析仪通过USB数据线(5)与计算机(6)相连;上述光纤探头由纤芯、金属膜组成。
说明书 [支持框选翻译]
用于甲基橙污水降解监测的光纤SPR传感器
技术领域
本发明属于表面等离子体波传感器技术领域，具体为用于甲基橙污水降解监测的波长调制型SPR传感器。
背景技术
甲基橙是印染行业污水中一种非常难降解的有机污染物，对它的降解技术的研究一直是环境保护领域里的重要课题。目前，在甲基橙的降解监测过程中主要运用的是紫外分光光度计对降解过程取样并测量样品的吸光度，从而计算出样品的浓度。但是，这样的方法并不适合应用在实时监测中，因为甲基橙在降解过程中浓度是不断变化的，其折射率也会相应的跟着变化。SPR传感器凭借对外界液体折射率的变化的高敏感性就可以实现对甲基橙降解监测这一功能。表面等离子波共振(Surface Plasma Resonance，SPR)技术是近年来迅速发展起来的用于分析生物分子相互作用的一项技术，其主要原理就是应用表面等离子体共振效应，即一种发生在金属与电解质界面上的光学现象。表面等离子波共振技术的首次应用要追溯到1983年的瑞典人Liedberg,。近年来SPR效应更是在生化以及环境监测中应用得越来越广泛。
光纤SPR传感器因为具有抗电磁干扰能力强、测量机构简单、传感部分体积小，可以远程遥测、实时动态监测、并且还具有非常高的灵敏度以及SPR信号不易受到外界因素影响等显著优点受到了广泛关注。这种传感器主要基于相位调制型和角度调制型，而这两种调制形式因为其自身的结构复杂、成本昂贵以及笨重的仪器在应用上受到了很多的限制。所以发展出了一种新的调制方法即波长调制型SPR传感器。该调制方法操作简单、结构简单、便于移动并且价格十分低廉，所以非常适合在恶劣环境中大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于研制一种可以监测甲基橙降解过程的传感器，并且要满足一定的测量精度，可以实现实时动态监测，并且能够在恶劣环境中工作。从而提出了基于波长调制型SPR传感器系统实现对甲基橙降解过程的监测。
此种传感器系统主要由宽带光源、Y型耦合器、光纤探头、光谱分析仪、USB数据线、计算机组成。其特征是：整个传感光路仅由一个Y型耦合器来完成，Y型耦合器三个端口分别和光纤探头、光谱分析仪、宽带光源连接，测量主要是由多模粗径光纤探头完成的，并且是基于波长调制型的传感器。
本发明基于波长调制型SPR传感系统对甲基橙降解监测的工作原理是：首先由宽带光源发出光，光再通过Y型耦合器传到传感器探头，然后在探头端面发生反射再次经过耦合器进入光纤光谱仪。再由光纤光谱分析仪将光信号转化成电信号输入到计算机当中，再由计算机将电信号转化成数字信号输出。光纤探头之所以能监测出外界甲基橙分子浓度的变化是因为在光纤探头上镀有一定厚度的金属膜，该金属膜在一定条件下能够激励表面等离子共振现象。外界甲基橙分子吸附到金属膜外侧表面，当甲基橙浓度变化时，其折射率亦会有所改变。光源发出的光在金属膜与光纤界面上发生SPR效应时产生的共振波长就不同，通过光谱分析仪和计算机的共同分析处理就可以得出共振波长的变化，从而得出外界甲基橙浓度的变化情况。
该传感器之所以选择基于波长调制型，是因为波长调制型SPR传感器系统的整个光路实现全光纤化，所以其相对于其他调制型SPR传感器系统操作更加简单，并且在波长调制型SPR传感器系统中由光谱分析仪处理后的信号为光谱信号而不是光强信号，光谱信号相对来说具有更好的稳定性，也不需要很复杂的设备，所以波长调制型SPR传感器具有更高的精度，这就使得波长调制型SPR传感器适合在恶劣环境中使用，也可以大规模的推广使用。
本发明的有益效果是：
1.该系统采用全光纤化的传感光路使得制备过程非常简单，所需的原料也十分便宜，在监测的过程中操作方便，还可以随时随地的移动，可以在恶劣的环境下工作，并适合大规模的推广使用。
2. 该系统采用波长调制型的SPR传感器使得监测过程更加简单，监测精度也比强度调制型的SPR传感器有所提高。
3.利用本系统去监测甲基橙的降解过程，能对甲基橙降解整个过程实现实时在线监测，而不需要对其进行标记，从而也避免了对甲基橙的二次污染。
