基于荧光技术的比率式光纤化学pH/溶解氧传感器

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海洋参量探测在深海资源开发和海洋生态建设中扮演着至关重要的角色,逐渐成为海洋科学发展的研究热点。光纤化学传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰和可组网等特点,早已成为探测海洋化学参量pH和溶解氧(DO)等参数的重要手段。本文基于荧光技术研究了用于海洋pH和DO测量的传感技术,揭示了pH传感中的CdSe/ZnS量子点(QDs)和参比染料之间的荧光共振能量转移(FRET)现象,研究了钌络合物和QDs相结合的基于荧光猝灭的DO检测原理,制备出比率式光纤化学pH/DO传感器,并进行了性能测试。本论文的主要工作:1.分别选择CdSe/ZnS QDs,三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌(Ⅱ)(Ru(dpp)32+)作为pH和DO敏感材料,选取O170染料和CdSe/ZnS QDs作为参比材料,描述了光纤化学pH/DO荧光传感原理,pH和DO传感实验分别是基于FRET机理和荧光猝灭效应来实现。2.设计并制备一种基于荧光共振能量转移原理的比率式光纤pH传感器,揭示了敏感材料QDs和参比染料O170之间的FRET机理,获得了参比染料的摩尔吸收系数,得到其Forster半径,从而获得FRET效率,因此制备了基于O170功能化QDs的比率式pH传感器,其检测范围为0.10~13.99,灵敏度为0.128/pH,并从线性度、迟滞性和温度稳定性等方面验证了传感器的宽范围和高灵敏度。3.设计并制备一种基于荧光猝灭原理的比率式光纤DO传感器。比较了不同钌浓度的猝灭比大小,确定出实验最佳浓度为0.2mg/m L,深入研究Ru(dpp)32+和QDs在不同氧浓度下的荧光强度变化,进而得到荧光猝灭比与氧浓度的线性关系,制备出比率式光纤DO传感器,其线性度可达99.57%,并从灵敏度、盐度稳定性和重复性等方面验证了传感器性能。
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