敏感材料及SPR光纖化學(xué)傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、表面等離子共振(SPR)是一種物理現(xiàn)象。當(dāng)入射光以一定角度或波長入射到金屬膜和其它介質(zhì)的界面上，且入射光在界面方向的波矢分量與界面等離子波的波矢相等時，二者發(fā)生共振。此時界面上的全反射條件被破壞，呈現(xiàn)全反射衰減現(xiàn)象。利用該技術(shù)制成的傳感器能夠準(zhǔn)確而靈敏地檢測出傳感器表面折射率的變化?；赟PR技術(shù)的棱鏡傳感器出現(xiàn)于60年代，隨后被廣泛用于生化、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)等多個領(lǐng)域。基于SPR技術(shù)的光纖傳感器出現(xiàn)在90年代，它體積小、響應(yīng)快、成本低，

2、可以實現(xiàn)在線實時檢測，有著更大的研究前景和經(jīng)濟(jì)價值。
　　 SPR光纖化學(xué)傳感器的研究包括敏感材料的選擇和SPR傳感系統(tǒng)的構(gòu)建二個部分。針對目標(biāo)分子的敏感材料的研究是整個研究工作的基礎(chǔ)。
　　 本課題：(一)探討SPR光纖化學(xué)傳感器的工作原理，研究各種參量對SPR光纖化學(xué)傳感器的透射譜和共振波長的影響，建立SPR光纖化學(xué)傳感系統(tǒng)；(二)研究和制備面向目標(biāo)分子的敏感材料，包括敏感材料的選擇與制備、敏感材料對目標(biāo)分子的識別機

3、理、敏感材料的介電性能及氣敏性能。具體工作主要包括以下幾個方面：
　　 (1)對長周期光纖光柵(LPFG)傳感系統(tǒng)，首先從弱導(dǎo)色散方程出發(fā)，計算三層光纖模型的纖芯有效折射率和包層有效折射率，然后計算纖芯的自耦合系數(shù)和纖芯.包層耦合系數(shù)，最后分析長周期光纖光柵的靈敏性能；
　　 (2)對薄包層光纖光柵(ThFBG)傳感系統(tǒng)，采用無限包層半徑的色散方程、弱導(dǎo)色散方程和雙包層色散方程計算三種條件下的纖芯有效折射率，然后通過改變

4、外圍介質(zhì)折射率和纖芯半徑分析薄包層光纖光柵的靈敏性能；
　　 (3)對SPR光纖化學(xué)傳感系統(tǒng)，采用纖芯-金屬層-傳感層-樣品的四層模型，用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，研究金屬層(材質(zhì)、厚度)和傳感層(介電常數(shù)、厚度)對透射譜及靈敏度的影響，得到一套合適的輸入?yún)⒘?，以及SPR化學(xué)傳感系統(tǒng)的靈敏度。然后與LPFG和ThFBG兩種傳感系統(tǒng)比較，證明SPR光纖化學(xué)傳感探頭的優(yōu)越性；
　　 (4)運用苯酐尿素法合成酞菁鈷和酞菁銅

5、，然后再用DBU催化法生成烷氧基取代基酞菁銅。采用SEM、XRD、IR和UV-Vis等材料分析手段對敏感材料的性能進(jìn)行表征和分析；
　　 (5)把合成好的金屬酞菁?xì)怏w敏感材料溶解到氯仿溶劑中，運用旋涂法，通過控制溶液的濃度和旋涂儀轉(zhuǎn)速制備不同厚度的薄膜，然后分別運用橢偏儀和紫外可見分光光度計檢測它們的光學(xué)性能(折射率和厚度)和氣敏性能；
　　 (6)對穴番-A敏感材料，運用基團(tuán)貢獻(xiàn)法計算它的折射率，運用二組分折射率的計算