[发明专利]一种检测二氧化氮的荧光光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测二氧化氮的荧光光纤传感器，具体地是涉及一种现场在线测定空气中低浓度二氧化氮气体的光学传感器，属于传感器领域技术。

背景技术

二氧化氮(NO₂)主要来自煤燃烧产生的废气和汽车尾气，是一种毒性较强的空气污染物，是酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要成分，危害人体健康。检测二氧化氮的方法主要有化学发光法与电化学法。前者容易受共存气体影响，后者则需精密控制电极电势与温度等实验条件。基于这2种方法的检测仪器多为大型仪器，价格昂贵，均不便于进行二氧化氮现场监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测低浓度二氧化氮的荧光光纤传感器，其成本低、性能高、响应迅速、稳定性好、易于微型化；利用二氧化氮对特定荧光试剂发射的荧光具有猝灭作用，对低浓度二氧化氮进行检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种检测二氧化氮的荧光光纤传感器，包括激发光源、分支光纤、NO₂纳米荧光薄膜，所述激发光源的光路与分支光纤的入射端相耦合，分支光纤的接收端与光电转换器件相耦合，分支光纤的总端端面外侧设置有NO₂纳米荧光薄膜。

所述NO₂纳米荧光薄膜涂敷于透明载体片上表面，分支光纤的接收端与光电转换器件之间设置有滤光片。

所述分支光纤的总端通过光学耦合器固定耦合于透明载体片下表面，与涂敷于透明载体片上表的NO₂纳米荧光薄膜相对应。

所述分支光纤的入射端通过光学耦合器与激发光源固定耦合，分支光纤的接收端通过光学耦合器与光电转换器件固定耦合；分支光纤的总端通过光学耦合器固定于一检测池的顶部，且分支光纤的总端伸入检测池，涂敷于透明载体片上的NO₂纳米荧光薄膜置于检测池内、且位于分支光纤总端端面的正下方，在透明载体片的下表面设置有反射镜，以增强辐射到分支光纤总端接收光纤端面的荧光强度；所述检测池设有样品气入口和样品出口；位于检测池顶部的光学耦合器与检测池之间通过“O”圈进行气体密封。

所述的激发光源为高功率发光二极管或能发射出合适波长的脉冲灯；所述的分支光纤的入射端将激发光传输至荧光敏感薄膜；所述的石英分支光纤接收端将荧光传输至光电转换器件；所述NO₂纳米荧光薄膜(201)指包埋有荧光探针perylene或Ti(Pc)₂的荧光传感膜。

所述的检测池可以由金属材料或非金属材料，如聚醚醚酮(PEEK)或特氟龙(Teflon)或聚氯乙烯(PVC)等不透明材质加工而成。

本发明具有如下优点：

所述的一种检测二氧化氮的荧光光纤传感器，该传感器由光学系统和二氧化氮的荧光纳米薄膜组成。该传感器具有以下优点：

1.传感系统可以与不同的二氧化氮荧光纳米薄膜组合，极大地简化了操作和仪器结构，有利于扩大仪器的应用范围。

2.采用廉价的发光二极管为光源，可以极大地降低仪器的制作成本。

3.与传统的化学发光法与电化学法相比，荧光法具有灵敏度高和选择性好的优点。选择对二氧化氮具有特异响应的荧光试剂，可以消除别的气体，如SO₂，CO，Cl₂及NH₃等气体的干扰。

总之，所述的传感器成本低、性能高、响应迅速、稳定性好、易于实现传感器的微型化，可用于低浓度的二氧化氮气体的实时在线检测。

附图说明

图1为一种检测带有检测池的二氧化氮的荧光光纤传感器的示意图；

图2为一种无检测池的探头式二氧化氮的荧光光纤传感器的示意图；

图中：101为激发光源(如：高功率发光二极管或脉冲式光源)，102为分支光纤，103为接收荧光的光电转换器件(如：光电倍增管或硅光电池或CCD光谱仪)，104为滤光片，105为光学耦合器，201为二氧化氮纳米荧光薄膜，202为透明载体片，203为反射镜面，301为检测池体，302为检测腔，303为样品入口，304为样品出口，305为密封“O”圈；

图3是二氧化氮的荧光光纤传感器对不同浓度二氧化氮的荧光光谱响应图。

具体实施方式

实施例1