一種基于光譜顯色法的單通道和多通道重金屬光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光纖傳感器技術(shù)，尤其涉及一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳 感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)調(diào)控水平的提高，與人類日常生活密切相關(guān) 的食品、果蔬等每日必須品中的鉻、鉛、鎘等微量元素相比工業(yè)農(nóng)不發(fā)達(dá)時(shí)期有了顯著的提 高。這些重金屬有些是來自于工業(yè)生產(chǎn)過程、有些來源于動植物培育過程，它們的含量超 出正常標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在食品、果蔬中屢見不鮮，這嚴(yán)重地影響人類的健康，威脅人類的生存與發(fā) 展，已成為重大社會問題之一。
[0003] 成人在長期食用重金屬超標(biāo)的食品和果蔬后，這些重金屬會在人體內(nèi)累積，影響 人體器官等有機(jī)體功能，破壞人體激素水平，進(jìn)而增加人的患病率，尤其是孕婦和兒童長期 食用重金屬超標(biāo)的食品和果蔬會產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)損害。故快速有而效地檢測食品和果蔬中重 金屬含量是保護(hù)人類健康、減少新生兒畸形等方面具有重要的科學(xué)意義和社會意義。
[0004]目前，常用重金屬檢測方法主要有原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、原子熒 光法、電化學(xué)方法、質(zhì)譜法等，這些方法均需要專業(yè)操作人員、復(fù)雜的儀器和昂貴的價(jià)格，它 們適用于實(shí)驗(yàn)室檢測，不適合現(xiàn)場過程監(jiān)測。市場上出現(xiàn)的試紙顯色法雖然能克服上述方 法的缺點(diǎn)，但是，靈敏度、可重復(fù)性和準(zhǔn)確度均無法保證，只適用于初篩，不能作為最終標(biāo) 準(zhǔn)。光纖傳感器具有體積小、價(jià)格低、精度高、易于與其它設(shè)備集成等許多優(yōu)點(diǎn)。已廣泛應(yīng) 用于溫度監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)測、環(huán)境污染、醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0005] 1992年Kopelman最早構(gòu)建并使用了基于熒光法的光纖納米傳感器用于檢測微環(huán) 境中的pH值以來光纖傳感器以來，光纖傳感器應(yīng)用于有機(jī)物和無機(jī)物的檢測的研宄蓬勃 發(fā)展，并取得了許多先進(jìn)的成果。但是也出現(xiàn)許多難于克服的困難，主要表現(xiàn)在：（1)由于 光纖的纖芯直徑細(xì)小，在組裝過程中易于折斷，受環(huán)境溫度影響較大；（2)目標(biāo)檢測物的分 子、離子與光纖表面結(jié)合時(shí)間長；（3)在使用過程中易于發(fā)生彎曲、折斷等。以上這些缺點(diǎn) 限制光纖傳感器在食品、果蔬等重金屬檢測中的應(yīng)用。由于光纖傳感器的與生俱來的優(yōu)點(diǎn) 和在食品、果蔬中對重金屬檢測的高精度、低花費(fèi)、檢測速度快等巨大優(yōu)勢，依然是重金屬 快速檢測領(lǐng)域亟待發(fā)展的前沿技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題：提供一種基于光譜顯色法的單通道和多通道重金 屬光纖傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的光纖傳感器由于光纖的纖芯直徑細(xì)小，在組裝過程中易 于折斷，受環(huán)境溫度影響較大；目標(biāo)檢測物的分子、離子與光纖表面結(jié)合時(shí)間長；在使用過 程中易于發(fā)生彎曲、折斷等。以上這些缺點(diǎn)限制光纖傳感器在食品、果蔬等重金屬檢測中的 應(yīng)用等問題。
[0007] 本實(shí)用新型技術(shù)方案：
[0008] -種基于光譜顯色法的單通道重金屬光纖傳感器，它包括光纖，光纖外層是重金 屬光譜顯色薄膜層，重金屬光譜顯色薄膜層外層是曲面空腔層，曲面空腔層外層是重金屬 離子透過層，重金屬離子透過層外層是帶孔曲面保護(hù)層。
[0009] 所述的帶孔曲面保護(hù)層兩端有橡膠套環(huán)和光纖插芯。
[0010] 一種包含基于光譜顯色法的單通道重金屬光纖傳感器的多通道重金屬光纖傳感 器，它包括樣品池，樣品池內(nèi)蓋有重金屬離子過濾膜，重金屬離子過濾膜內(nèi)有單通道重金屬 光纖傳感器。
[0011] 所述的單通道重金屬光纖傳感器通過光纖插芯固定夾固定。
[0012] 所述的樣品池底部有樣品池基底。
[0013] 本實(shí)用新型有益效果：
[0014] 本實(shí)用新型基于光譜顯色法的單通道和多通道重金屬光纖傳感器是以重金屬與 相應(yīng)的顯色劑相互作用而呈現(xiàn)出特定的顏色原理與高精度光纖光譜技術(shù)的結(jié)合，它既可以 同時(shí)完成對重金屬定性與定量同時(shí)檢測，同時(shí)，本實(shí)用新型所采用的傳感器結(jié)構(gòu)可以解決 傳統(tǒng)食品、果蔬重金屬檢測需要具有體積大、成本高、專業(yè)操作人員、構(gòu)造復(fù)雜等缺點(diǎn)，不利 用商業(yè)化普及或體積雖小、價(jià)格便宜，但是存在雖然成本低，但是檢測精度低、重復(fù)性差、準(zhǔn) 確度不高等缺點(diǎn)。這對降低檢測成本，使食品、果蔬重金屬檢測真正在家庭用戶普及具有重 要的科學(xué)意義；本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要包括：（1)采用曲面式重金屬離子進(jìn)入通道，減少了 重金屬離子與光纖表面結(jié)合的時(shí)間，使檢測液進(jìn)入光纖表面成相向運(yùn)動，也大大降低光纖 傳感區(qū)由于受到流體運(yùn)動和溫度差所帶來表面彎曲情況發(fā)生；（2)膜塊化的設(shè)計(jì)方案，使 多個(gè)檢測通道位于同一基片上，減少由于光纖長度過長、不易保護(hù)產(chǎn)生的折斷現(xiàn)象；（3)采 用光纖作為導(dǎo)入、調(diào)制、導(dǎo)出的載體，大大地減小了傳感器的尺寸，易于整個(gè)系統(tǒng)的小型化 和微型化，降低了生產(chǎn)成本；（4)該傳感器是顯色的定性檢測與高精度光纖光譜定量檢測 相結(jié)合的重金屬檢測技術(shù)；（5)將傳感單元膜塊化，有利用減小不必要的連接線，使整個(gè)系 統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小，適合對食品、果蔬的現(xiàn)場檢測；（6)將傳感器與樣品池集成于一體， 有利用更換檢測目標(biāo)物，同時(shí)，也利于回收，減少污染；本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)的光纖 傳感器由于光纖的纖芯直徑細(xì)小，在組裝過程中易于折斷，受環(huán)境溫度影響較大；目標(biāo)檢測 物的分子、離子與光纖表面結(jié)合時(shí)間長；在使用過程中易于發(fā)生彎曲、折斷等。以上這些缺 點(diǎn)限制光纖傳感器在食品、果蔬等重金屬檢測中的應(yīng)用等問題。
【附圖說明】 [0015] ：
[0016] 圖1為本實(shí)用新型單通道重金屬光纖傳感器截面示意圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型單通道重金屬光纖傳感器剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型多通道重金屬光纖傳感器剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0019] ：
[0020] 一種基于光譜顯色法的單通道重金屬光纖傳感器，它包括光纖1，光纖1外層是重 金屬光譜顯色薄膜層2,重金屬光譜顯色薄膜層2外層是曲面空腔層3,曲面空腔層3外層 是重金屬離子透過層4,重金屬離子透過層4外層是帶孔曲面保護(hù)層5,形成一個(gè)單通道重 金屬光纖傳感器。
[0021] 為了有效固定單通道重金屬光纖傳感器的光纖兩個(gè)端頭，在帶孔曲面保護(hù)層5兩 端設(shè)置橡膠套環(huán)6和光纖插芯9,光纖的兩個(gè)端頭固定在橡膠套環(huán)6和光纖插芯9上。
[0022] 光纖的二個(gè)端頭均為磨平的光纖端面7,位于光纖插芯9內(nèi)的光纖含有光纖包層 8〇
[0023] -種包含基于光譜顯色法的單通道重金屬光纖傳感器的多通道重金屬光纖傳感 器，它包括樣品池14,樣品池14內(nèi)蓋有重金屬離子過濾膜15,重金屬離子過濾膜15內(nèi)有單 通道重金屬光纖傳感器11，所述的單通道重金屬光纖傳感器11通過光纖插芯固定夾13固 定。所述的樣品池14底部有樣品池基底12。形成多通道重金屬光纖傳感器。
[0024] 一種基于光譜顯色法的重金屬光纖傳感器的制備方法，它包括下述步驟：
[0025] 步驟1、將單膜光纖切成長為2. 5-4cm，將光纖兩端用細(xì)砂紙研磨平，酒精清洗干 凈，單膜光纖選用膜Corning