[发明专利]一种同时检测温度和重金属离子的光纤传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种同时检测温度和重金属离子的光纤传感器，由单模光纤、小芯径单模光纤、小芯径单模光纤与光子晶体光纤熔接形成的塌陷区、光子晶体光纤依次衔接构成，小芯径单模光纤的表面依次包覆铬膜、金或银膜、改性壳聚糖膜形成光纤包层。本发明还涉及所述传感器的制作方法。本发明利用传感器的测量结果与温度变化相对应，实现温度和重金属离子含量同时检测，降低甚至消除温度对重金属离子检测的影响，符合重金属离子检测的实际需求。

技术领域

本发明涉及温度和重金属离子传感器，具体是同时检测温度和重金属含量的光纤表面等离子共振(简称光纤SPR)传感器。

背景技术

环境中的重金属通过饮用水或者水生植物吸收沿食物链进入人体，在体内不断的沉积和富集，给人们的健康带来极大的危害。为了人们的健康生活，国内外开始重视环境或食品中重金属含量的检测研究。

重金属含量的检测方法目前主要有光谱分析方法、质谱法、酶抑制法和电化学分析检测法。现有的仪器分析测试方法均存在体积庞大、检测繁琐、价格昂贵等缺点，特别是自然水域等检测样品环境的温度变化莫测，从而影响重金属离子含量的精确测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种同时检测温度和重金属离子的光纤传感器，该传感器对不同的重金属离子进行选择性检测的同时实现对温度的测量，并对重金属离子的测量结果进行温度补偿。

本发明的目的还在于提供所述同时检测温度和重金属离子的光纤传感器的制作方法。

本发明所述的同时检测温度和重金属离子的光纤传感器，由单模光纤、小芯径单模光纤、小芯径单模光纤与光子晶体光纤熔接形成的塌陷区、光子晶体光纤依次衔接构成，小芯径单模光纤的表面依次包覆铬膜、金或银膜、改性壳聚糖膜，形成光纤包层。

工作时，单模光纤光信号入射到小芯径单模光纤时，部分光信号进入小芯径单模光纤的包层传输并且在金或银膜界面激发SPR信号，其余光信号进入小芯径单模光纤的纤芯传输，包层与纤芯传输的光信号在小芯径单模光纤与光子晶体光纤连接处相遇产生干涉光谱，由于小芯径单模光纤的纤芯与包层材料的差异，温度变化时导致干涉光谱变化，依此测量温度，而干涉光谱的损耗峰对应SPR信号的共振峰，依此获得重金属离子含量；改性壳聚糖膜对重金属离子进行选择性吸附，依次检测重金属种类。

优选方案如下：

所述的光纤为石英系列光纤。

小芯径单模光纤纤芯直径优选4-7μm，长度2-20cm。

为了增加光纤对金或银膜的粘性，小芯径单模光纤表面先镀铬膜，然后镀金或银膜，其中铬膜厚度优选1-5nm；金或银膜厚度优选20~150nm；改性壳聚糖膜厚度优选5-200nm；镀膜的长度优选1-30mm。

光子晶体光纤右端面镀金或银膜，以便反射光信号。

本发明同时检测温度和重金属离子的光纤传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将普通单模光纤与小芯径单模光纤、光子晶体光纤依次熔接，小芯径单模光纤、光子晶体光纤熔接区域形成塌陷区；

(2) 步骤（1）所述的小芯径单模光纤表面依次镀上铬膜、金或银膜；置于10-20%的戊二醛溶液中15--25小时，用水冲洗；

(3)用1-5%浓度的醋酸溶解壳聚糖，得到0.5-5%浓度的壳聚糖溶液，涂覆在步骤(2)所述的金或银膜上；

(4) 步骤(3)得到的光纤干燥后置于1-10%的戊二醛溶液中1-10分钟，壳聚糖与戊二醛的质量比为100:1-10，干燥。

优选方案如下：