用于检测痕量铅离子的功能化反射结构光纤干涉传感器（英文）

摘要

铅离子(Pb²⁺)是日常生活中常接触的有毒重金属污染物之一。本研究开发了一种新型反射式光纤干涉传感器，用于检测痕量铅离子。该传感器结构由单模光纤、无芯光纤和细芯光纤（TCF）依次拼接而成。TCF的包层被氢氟酸部分腐蚀并涂覆功能化的水凝胶传感膜。该传感膜选用甲基丙烯酸2-羟基乙酯（2-HEMA）作为识别单体。2-HEMA中的氧原子能与Pb²⁺发生配体-受体相互作用，形成“-O-Pb-O-”交联结构，从而改变TCF的新包层有效折射率。因此，可以通过观察反射光谱中光信号的变化来检测水溶液中Pb²⁺的浓度。所提出的传感器具有很高的检测灵敏度(1.926×10～9 nm·mol^-1·L)，其检测极限为4.14 ppt (1 ng·L^-1=1 ppt)，比世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中Pb²⁺(10 ppb,1μg·L^-1=1 ppb)浓度低1000倍。此外，利用一个方程组实现了该传感器的温度自校准功能，成功地消除了环境温度的干扰。由于该传感器良好的特异性、稳定性以及反射式结构，非常便于实时远程检测，为环境和人类健康监测提供了广阔的前景。

关键词

铅离子浓度 / 光学传感 / 反射式干涉结构 / 光纤传感器 / 温度干扰

基金资助

supported by the Shenzhen-HK-Macao Science and Technology Plan C(SGDX2020110309520303);; the National Key Research and Development Program of China(2021YFB2900900);; the National Natural Science Foundation of China(62105379)