【摘 要】
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重金属一旦进入环境就不能被生物降解,它们会造成土壤、空气、水等不同程度的污染,其中水质污染是对人体健康危害较大的因素之一,因此制备检测水中重金属离子的传感器迫在眉睫。本文设计并制备了三种基于表面等离子体共振（Surface plasmon resonance,SPR）的光纤传感器,采用反射式和透射式两种结构,利用多种特种光纤搭建不同的传感结构,再将不同的敏感复合膜与光纤传感结构相结合,从而实现了对
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重金属一旦进入环境就不能被生物降解,它们会造成土壤、空气、水等不同程度的污染,其中水质污染是对人体健康危害较大的因素之一,因此制备检测水中重金属离子的传感器迫在眉睫。本文设计并制备了三种基于表面等离子体共振（Surface plasmon resonance,SPR）的光纤传感器,采用反射式和透射式两种结构,利用多种特种光纤搭建不同的传感结构,再将不同的敏感复合膜与光纤传感结构相结合,从而实现了对镉离子、三价铬离子的检测,并探究了传感器的各方面性能。本文主要研究工作如下:（1）提出了一种基于聚乙烯醇/二氧化钛（PVA/Ti O2）复合传感膜的反射式光纤SPR传感器。利用物理气相沉积（Physical vapor deposition,PVD）的方法将银（Ag）沉积在塑料包层多模光纤（Plastic cladding multimode fiber,PCMF）的侧面和尾纤端面,然后在镀有Ag膜的PCMF的外表面分别涂覆PVA、Ti O2、PVA/Ti O2材料,并对其做镉离子光谱响应测试并对比选出最佳敏感膜。然后对涂覆PVA/Ti O2敏感膜的PCMF侧面和端面进行扫描电子显微镜观察（Scanning electron microscope,SEM）并对敏感材料做傅里叶红外光谱分析（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）。实验结果表明,涂覆PVA/Ti O2敏感膜的传感器的灵敏度最高,该传感器能检测浓度范围为0-1μM的Cd2+溶液,其最大灵敏度为315.2nm/μM,最小检测浓度为0.006μM（约0.67ppb）,低于世界卫生组织（WHO）饮用水中Cd含量3ppb的规定值。同时该镉离子传感器具有灵敏度高、稳定性较好、响应速度较快和选择性优异等优点。（2）制作了将两段多模光纤（Multi-mode fiber,MMF）中间熔接一段薄芯光纤（Thin-core fiber,TCF）,构成了多模-薄芯-多模（MMF-TCF-MMF）的传感结构,然后在TCF上蒸镀一定厚度的Ag膜来激发SPR现象,再在Ag膜的表面分别涂覆镉离子印迹聚合物(Cd2+-ion imprinted polymer,Cd2+-IIP)和非离子印迹聚合物（Nonionic imprinted polymer,NIP）,分别测量不同复合膜传感器对镉离子的响应并对其做SEM表征和FTIR分析。结果表明,涂覆Cd2+-IIP复合膜的灵敏度最高,灵敏度为3.39nm/n M,检测限约为1.08n M（约0.12ppb）,远低于国际标准。该透射式镉离子传感器具有可重复使用、选择性优异、检测限低和稳定性好等优点。（3）提出了将两段多模光纤中间熔接一段小芯径特种光纤（Small-core fiber,SCF）,构成了多模-小芯径-多模（MMF-SCF-MMF）的传感结构,然后利用PVD在SCF侧面蒸镀67nm的Ag膜,再利用提拉镀膜机在Ag膜表面上分别涂覆铬离子印迹聚合物(Cr3+-Ion imprinted polymer,Cr3+-IIP)和非离子印迹聚合物,并分别测量不同敏感膜传感器对铬离子的响应,同时对涂覆Ag-Cr3+-IIP敏感膜的传感器进行选择性测试等稳定性测试。结果表明,该传感器的线性度为0.994,灵敏度为73nm/μM,检测限为0.093μM（约2.548ppb）,该检测限低于WHO饮用水中Cr含量50ppb的指导值。通过SEM和EDS分析,该传感器能够通过盐酸进行脱附,可重复使用,其响应时间约为70s,而且还具有线性度好,稳定性良好和选择性优异等优点。
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