[发明专利]一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术，尤其涉及一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器及其制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的进步和现代农业调控水平的提高，与人类日常生活密切相关的食品、果蔬等每日必须品中的铬、铅、镉等微量元素相比工业农不发达时期有了显著的提高。这些重金属有些是来自于工业生产过程、有些来源于动植物培育过程，它们的含量超出正常标准已经在食品、果蔬中屡见不鲜，这严重地影响人类的健康，威胁人类的生存与发展，已成为重大社会问题之一。

成人在长期食用重金属超标的食品和果蔬后，这些重金属会在人体内累积，影响人体器官等有机体功能，破坏人体激素水平，进而增加人的患病率，尤其是孕妇和儿童长期食用重金属超标的食品和果蔬会产生不可逆转损害。故快速有而效地检测食品和果蔬中重金属含量是保护人类健康、减少新生儿畸形等方面具有重要的科学意义和社会意义。

目前，常用重金属检测方法主要有原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、原子荧光法、电化学方法、质谱法等，这些方法均需要专业操作人员、复杂的仪器和昂贵的价格，它们适用于实验室检测，不适合现场过程监测。市场上出现的试纸显色法虽然能克服上述方法的缺点，但是，灵敏度、可重复性和准确度均无法保证，只适用于初筛，不能作为最终标准。光纤传感器具有体积小、价格低、精度高、易于与其它设备集成等许多优点。已广泛应用于温度监控、应力监测、环境污染、医疗等领域。

1992年Kopelman最早构建并使用了基于荧光法的光纤纳米传感器用于检测微环境中的pH值以来光纤传感器以来，光纤传感器应用于有机物和无机物的检测的研究蓬勃发展，并取得了许多先进的成果。但是也出现许多难于克服的困难，主要表现在：（1）由于光纤的纤芯直径细小，在组装过程中易于折断，受环境温度影响较大；（2）目标检测物的分子、离子与光纤表面结合时间长；（3）在使用过程中易于发生弯曲、折断等。以上这些缺点限制光纤传感器在食品、果蔬等重金属检测中的应用。由于光纤传感器的无生俱来的优点和在食品、果蔬中重金属检测的高精度、低花费、检测速度快等巨大优势，依然是重金属快速检测领域亟待发展的前沿技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器及其制备方法，以解决现有技术的光纤传感器由于光纤的纤芯直径细小，在组装过程中易于折断，受环境温度影响较大；目标检测物的分子、离子与光纤表面结合时间长；在使用过程中易于发生弯曲、折断等。以上这些缺点限制光纤传感器在食品、果蔬等重金属检测中的应用等问题。

本发明技术方案：

一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器，它包括光纤，光纤外层是重金属光谱显色薄膜层，重金属光谱显色薄膜层外层是曲面空腔层，曲面空腔层外层是重金属离子透过层，重金属离子透过层外层是带孔曲面保护层。

带孔曲面保护层两端有橡胶套环和光纤插芯。

它还包括样品池，样品池内盖有重金属离子过滤模，重金属离子过滤模内有单通道重金属光纤传感器。

所述的单通道重金属光纤传感器通过光纤插芯固定夹固定。

所述的样品池底部有样品池基底。

一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器的制备方法，它包括下述步骤：

步骤1、将单模光纤切成长为2.5-4cm，将光纤两端用细砂纸研磨平，酒精清洗干净；

步骤2、在步骤1清洗干净的光纤中间取长为1.2cm，去除包层酒精洗干净，氮气吹干；

步骤3、将步骤2中的光纤去除包层部分浸入体积分数为40%的氢氟酸溶液刻蚀30分钟取出，用去离子水冲洗干净，氮气吹干；

步骤4、将步骤3制备的光纤垂直浸入重金属显色剂中15分钟后，以0.1mm/s的速度提起后，放入温度为150摄氏度的鼓风干燥箱中加热固化1小时，自然冷却；

步骤5、用酒粮清洗没有被步骤3刻蚀的光纤部分，然后去离子水清洗，氮气吹干；

步骤6、用3d打印机打印两个由圆柱曲面和半圆弧曲面构成的复合曲面；

步骤7、在步骤6制作的复合曲面的两个半圆弧曲面的上方等间距开出直径为1mm的小孔，去离子水清洗；

步骤8、将重金属离子透过层嵌入经步骤7处理过的两个半圆弧曲面内壁，再将步骤5中已制备好的光纤放置在其中一个半圆弧曲面上，将两个半圆弧曲面及圆柱曲面对准合上形成圆柱曲面，得到所述的单通道重金属光纤传感器；

步骤9、在步骤8中制作好的基于光谱显色法的重金属光纤传感器的二个光纤端头的圆柱曲面外部套上橡胶套环以固定光纤的二个端头。