一种基于光谱显色法的单通道和多通道重金属光纤传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光纤传感器技术，尤其涉及一种基于光谱显色法的重金属光纤传 感器。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业技术的进步和现代农业调控水平的提高，与人类日常生活密切相关 的食品、果蔬等每日必须品中的铬、铅、镉等微量元素相比工业农不发达时期有了显著的提 高。这些重金属有些是来自于工业生产过程、有些来源于动植物培育过程，它们的含量超 出正常标准已经在食品、果蔬中屡见不鲜，这严重地影响人类的健康，威胁人类的生存与发 展，已成为重大社会问题之一。
[0003] 成人在长期食用重金属超标的食品和果蔬后，这些重金属会在人体内累积，影响 人体器官等有机体功能，破坏人体激素水平，进而增加人的患病率，尤其是孕妇和儿童长期 食用重金属超标的食品和果蔬会产生不可逆转损害。故快速有而效地检测食品和果蔬中重 金属含量是保护人类健康、减少新生儿畸形等方面具有重要的科学意义和社会意义。
[0004]目前，常用重金属检测方法主要有原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、原子荧 光法、电化学方法、质谱法等，这些方法均需要专业操作人员、复杂的仪器和昂贵的价格，它 们适用于实验室检测，不适合现场过程监测。市场上出现的试纸显色法虽然能克服上述方 法的缺点，但是，灵敏度、可重复性和准确度均无法保证，只适用于初筛，不能作为最终标 准。光纤传感器具有体积小、价格低、精度高、易于与其它设备集成等许多优点。已广泛应 用于温度监控、应力监测、环境污染、医疗等领域。
[0005] 1992年Kopelman最早构建并使用了基于荧光法的光纤纳米传感器用于检测微环 境中的pH值以来光纤传感器以来，光纤传感器应用于有机物和无机物的检测的研宄蓬勃 发展，并取得了许多先进的成果。但是也出现许多难于克服的困难，主要表现在：（1)由于 光纤的纤芯直径细小，在组装过程中易于折断，受环境温度影响较大；（2)目标检测物的分 子、离子与光纤表面结合时间长；（3)在使用过程中易于发生弯曲、折断等。以上这些缺点 限制光纤传感器在食品、果蔬等重金属检测中的应用。由于光纤传感器的与生俱来的优点 和在食品、果蔬中对重金属检测的高精度、低花费、检测速度快等巨大优势，依然是重金属 快速检测领域亟待发展的前沿技术。
【发明内容】
[0006] 本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于光谱显色法的单通道和多通道重金 属光纤传感器，以解决现有技术的光纤传感器由于光纤的纤芯直径细小，在组装过程中易 于折断，受环境温度影响较大；目标检测物的分子、离子与光纤表面结合时间长；在使用过 程中易于发生弯曲、折断等。以上这些缺点限制光纤传感器在食品、果蔬等重金属检测中的 应用等问题。
[0007] 本实用新型技术方案：
[0008] -种基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器，它包括光纤，光纤外层是重金 属光谱显色薄膜层，重金属光谱显色薄膜层外层是曲面空腔层，曲面空腔层外层是重金属 离子透过层，重金属离子透过层外层是带孔曲面保护层。
[0009] 所述的带孔曲面保护层两端有橡胶套环和光纤插芯。
[0010] 一种包含基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器的多通道重金属光纤传感 器，它包括样品池，样品池内盖有重金属离子过滤膜，重金属离子过滤膜内有单通道重金属 光纤传感器。
[0011] 所述的单通道重金属光纤传感器通过光纤插芯固定夹固定。
[0012] 所述的样品池底部有样品池基底。
[0013] 本实用新型有益效果：
[0014] 本实用新型基于光谱显色法的单通道和多通道重金属光纤传感器是以重金属与 相应的显色剂相互作用而呈现出特定的颜色原理与高精度光纤光谱技术的结合，它既可以 同时完成对重金属定性与定量同时检测，同时，本实用新型所采用的传感器结构可以解决 传统食品、果蔬重金属检测需要具有体积大、成本高、专业操作人员、构造复杂等缺点，不利 用商业化普及或体积虽小、价格便宜，但是存在虽然成本低，但是检测精度低、重复性差、准 确度不高等缺点。这对降低检测成本，使食品、果蔬重金属检测真正在家庭用户普及具有重 要的科学意义；本实用新型的优点主要包括：（1)采用曲面式重金属离子进入通道，减少了 重金属离子与光纤表面结合的时间，使检测液进入光纤表面成相向运动，也大大降低光纤 传感区由于受到流体运动和温度差所带来表面弯曲情况发生；（2)膜块化的设计方案，使 多个检测通道位于同一基片上，减少由于光纤长度过长、不易保护产生的折断现象；（3)采 用光纤作为导入、调制、导出的载体，大大地减小了传感器的尺寸，易于整个系统的小型化 和微型化，降低了生产成本；（4)该传感器是显色的定性检测与高精度光纤光谱定量检测 相结合的重金属检测技术；（5)将传感单元膜块化，有利用减小不必要的连接线，使整个系 统的体积进一步减小，适合对食品、果蔬的现场检测；（6)将传感器与样品池集成于一体， 有利用更换检测目标物，同时，也利于回收，减少污染；本实用新型解决了现有技术的光纤 传感器由于光纤的纤芯直径细小，在组装过程中易于折断，受环境温度影响较大；目标检测 物的分子、离子与光纤表面结合时间长；在使用过程中易于发生弯曲、折断等。以上这些缺 点限制光纤传感器在食品、果蔬等重金属检测中的应用等问题。
【附图说明】 [0015] ：
[0016] 图1为本实用新型单通道重金属光纤传感器截面示意图；
[0017] 图2为本实用新型单通道重金属光纤传感器剖面结构示意图；
[0018] 图3为本实用新型多通道重金属光纤传感器剖面结构示意图。
【具体实施方式】 [0019] ：
[0020] 一种基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器，它包括光纤1，光纤1外层是重 金属光谱显色薄膜层2,重金属光谱显色薄膜层2外层是曲面空腔层3,曲面空腔层3外层 是重金属离子透过层4,重金属离子透过层4外层是带孔曲面保护层5,形成一个单通道重 金属光纤传感器。
[0021] 为了有效固定单通道重金属光纤传感器的光纤两个端头，在带孔曲面保护层5两 端设置橡胶套环6和光纤插芯9,光纤的两个端头固定在橡胶套环6和光纤插芯9上。
[0022] 光纤的二个端头均为磨平的光纤端面7,位于光纤插芯9内的光纤含有光纤包层 8〇
[0023] -种包含基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器的多通道重金属光纤传感 器，它包括样品池14,样品池14内盖有重金属离子过滤膜15,重金属离子过滤膜15内有单 通道重金属光纤传感器11，所述的单通道重金属光纤传感器11通过光纤插芯固定夹13固 定。所述的样品池14底部有样品池基底12。形成多通道重金属光纤传感器。
[0024] 一种基于光谱显色法的重金属光纤传感器的制备方法，它包括下述步骤：
[0025] 步骤1、将单膜光纤切成长为2. 5-4cm，将光纤两端用细砂纸研磨平，酒精清洗干 净，单膜光纤选用膜Corning