基于光波導(dǎo)共振技術(shù)的高靈敏濃度測量.pdf

1、光學(xué)生化傳感器的功能是將某些生化參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远ㄐ曰蚨繙y量的光信號的變化。通過精確測量光信號的變化,實(shí)現(xiàn)對這些生化參量的監(jiān)測。由于具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性好等特征,光學(xué)生化傳感器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、制藥、臨床檢驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中。
　　本文在介紹一般介質(zhì)平板波導(dǎo)的基礎(chǔ)上,著重分析了雙面金屬包覆波導(dǎo)的特性。雙面金屬包覆波導(dǎo)特有的光學(xué)結(jié)構(gòu)使得它的有效折射率取值范圍很大,從而入射光可以直接耦合進(jìn)波導(dǎo)。毫米量級

2、厚度的導(dǎo)波層中可以方便地加入樣品,并且導(dǎo)波層內(nèi)存在著靈敏度很高的超高階導(dǎo)模作為傳感器的探針。這些特性使得它可以構(gòu)建一種靈敏度很高的振蕩場傳感器,其靈敏度理論上遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的倏逝場傳感器(如SPR傳感器)。
　　本文利用該振蕩場傳感器進(jìn)行濃度檢測。與以往利用該振蕩場傳感器測量濃度的方法不同,本文通過探測溶液的折射率虛部的變化來感知溶液的濃度變化。文中對該測量方法的靈敏度進(jìn)行了分析,并對實(shí)驗(yàn)中雙面金屬包覆波導(dǎo)的反射率ATR譜進(jìn)行了模擬。

3、由于待測樣品的折射率虛部主要導(dǎo)致ATR譜的上下移動,因此檢測樣品折射率的虛部變化的方法有很高的靈敏度。
　　本文構(gòu)建了基于雙面金屬包覆波導(dǎo)的傳感器濃度檢測系統(tǒng),對傳感器系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制電路與軟件等方面進(jìn)行了選型與設(shè)計(jì)。
　　利用搭建好的傳感器對葡萄糖樣品的濃度進(jìn)行了檢測。為了能檢測出樣品的折射率虛部變化,實(shí)驗(yàn)時(shí)對待測的葡萄糖樣品進(jìn)行了顯色處理,因?yàn)槠咸烟秋@色液的吸光系數(shù)與溶液濃度成正相關(guān),因而可以通過ATR吸

4、收峰的峰值變化來傳感溶液的濃度變化。作為對比,實(shí)驗(yàn)中還在同樣的條件下使用分光光度計(jì)對葡萄糖樣品進(jìn)行了測量。測量結(jié)果表明,該傳感器可以分辨出0.111 mmol/L的葡萄糖濃度的變化,遠(yuǎn)好于使用傳統(tǒng)的分光光度法測量得到的結(jié)果。此外,本文還對影響傳感器測量結(jié)果的溫度、光源等因素進(jìn)行了分析,并簡要介紹了使用同樣的方法測量磷酸二氫鉀的結(jié)果。最后提出了一些對該傳感器的性能進(jìn)行改進(jìn)的建議。
　　本文提出的傳感器具有簡單的結(jié)構(gòu)和很高的靈敏度,在