一种基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪的制作方法

本实用新型属于光电传感技术领域，具体涉及一种采用光电传感的二氧化氮检测仪，可使用在二氧化氮的监测过程中。

背景技术：

二氧化氮是一种棕红色、高度活性的气态物质。二氧化氮在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放，比如机动车、电厂废气的排放等。二氧化氮还是酸雨的成因之一，所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化，富营养化(由于水中富含氮、磷等营养物藻类大量繁殖而导致缺氧)以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。

毋庸置疑，二氧化氮对生态环境和生命健康造成了巨大的威胁。根据国家对环境空气质量标准的要求，对空气中氮氧化物尤其是二氧化氮的含量进行实时监测迫在眉睫；而对二氧化氮的监测是空气污染预警、空气污染物监测和空气污染治理效果评定等工作的重要依据，这也就对在线监测设备提出了更高的要求，需要检测仪器提供精确和实时的空气中二氧化氮含量的监测数据。

目前，已有的二氧化氮在线监测仪多使用电化学的方法，存在的主要问题是电极选择性不高，易发生副反应；电极易形成吸附层和氧化膜，污损电极使电压升高。近年来，随着对有机分子荧光探针的深入研究，发现了荧光纳米材料对NO₂具有良好的敏感性，但是如何将此理论应用于实践，从而设计出完善的二氧化氮检测仪，能更加灵敏、便捷、可靠地对大气中二氧化氮的含量进行监测乃是当务之急。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种不仅能够检测二氧化氮气体、并且可以进行定量说明的、基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪。该仪器能对空气中的二氧化氮有害气体进行检测，并通过检测的气体浓度换算出一个空气质量指数，该指数是对目前空气污染程度的一个定量说明。更进一步的，该仪器可有效防止二氧化氮气体中毒事故。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪，包括光电探测器、显示器、微处理器、电控开关、荧光纳米反应器、吸入泵和电源，其中：

所述微处理器输入端连接所述光电探测器，输出端连接所述显示器；所述光电探测器用于感应所述荧光纳米材料的光强变换并收集光信号，并将其转换为电信号传输给所述微处理器；所述微处理器对来自所述光电探测器的信号进行分析处理，将分析得到的结果转换为数据信息显示在所述显示器上；所述电源分别连接所述光电探测器、微处理器、显示器，为其供电。

优选地，所述检测仪还包括电控开关和吸入泵，所述电控开关连接所述电源，控制供电电路的通断；所述吸入泵是用于采样，将空气吸入到检测仪中进行检测。

优选地，所述荧光纳米反应器包括蓝光的氨基官能化的碳纳米点(CDs)和红光谷胱甘肽修饰的碲化镉(CdTe)量子点，所述量子点与所述吸入泵吸入的NO₂进行反应，并致使光强发生变化。CDs作为一种新型的碳纳米材料，具有化学惰性，发光不闪烁，水溶性，并有良好的生物相容性。CdTe量子点的红色荧光对NO₂特别敏感，而碳纳米点(CDs)的蓝色荧光稳定。将蓝色荧光碳纳米点(CDs)和红色发光的CdTe量子点QDs共价结合，构建双发射的比率荧光纳米复合物，NO₂对CDs荧光无影响，而能剧烈猝灭QDs，随着NO₂浓度增加，复合物荧光颜色由橙红色转变为蓝色。并且复合物发出的荧光光强比(I665/I460)随NO₂的浓度变化呈线性函数变化。

优选地，所述光电探测器还包括光敏感应单元和光信号处理单元，所述光敏感应单元用于感应光强的变化并收集光信号，所述光信号处理器对所述光敏感应单元收集到的光信号进行放大、重整、延时处理，并转换为电信号传输给所述微处理器。

优选地，所述微处理器无信号输入时处于休眠状态；当所述光电探测器向所述微处理器输出信号时，所述微处理器被唤醒，开始接受并分析信号。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的二氧化氮检测仪首次将荧光纳米材料应用于二氧化氮的检测中，使检测结果更加准确；并且使用方便，操作简单，适用于在办公室和家庭的普通民众应用，价格便宜，便于普及。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪的工作流程图；

主要元件符号说明：

1-光电探测器；2-显示器；3-微处理器；4-电源；5-电控开关；6-荧光纳米反应器；7-吸入泵。

具体实施方式

为使本实用新型所解决的技术问题、所涉及的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的问题，提供了一种比率荧光传感器：其不仅提供更精确的测量，而且具有高灵敏度，可以进行快速的视觉识别。

如图1所示，一种具有高灵敏度和高选择性的基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪，主要装置包括光电探测器1、显示器2、微处理器3、电源4、电控开关5、荧光纳米反应器6和吸入泵7。

(1)化学反应原理

本实用新型运用了一种检测NO₂的新型比率荧光纳米探针，其包括蓝光的氨基官能化的碳纳米点(CDs)和红光谷胱甘肽修饰的碲化镉(CdTe)量子点(QDS)。CdTe量子点的红色荧光对NO₂特别敏感，当它接触到空气中的二氧化氮时，红色荧光猝灭；而碳纳米点(CDs)具有化学惰性，NO₂对CDs荧光无影响，其蓝色荧光稳定不发生变化，伴随着二氧化氮浓度的增加，复合物荧光颜色由橙红色转变为蓝色，两个纳米点的光强比也随二氧化氮的浓度呈线性关系。

(2)主要仪器功能介绍

电源4向光源、光电探测器1、显示器2、微处理器3、吸入泵7供电；电控开关5的输入端接电源4，电控开关5的控制端接光电探测器1的控制信号输出端。

吸入泵7用于采样，抽取一定范围内气体作为样品，以进行下一步的检测。

光源用于激发荧光纳米反应器6，使其储存能量发出荧光。

光电探测器1包括光敏感应单元和信号处理单元，光信号处理单元的输入端接光敏感应单元，输出端接微处理器3。光敏感应单元使用光敏感型材料，用于感应光强的变换并收集光信号；光信号处理单元对收集到的光信号进行放大、重整、延时处理，并将光信号变为电信号传输给微处理器3。

微处理器3的信号输入端接光电探测器1，输出端接显示器2，微处理器3用于分析处理。微处理器3不工作时处于休眠状态，当接受到光电信号时即可唤醒，并进行分析处理，比对荧光纳米反应器6在特定波长下的光强(这里转换成电信号强弱)和浓度曲线，将分析得到的结果转变成数据信号进一步传递给显示器2。

(3)整体工作流程

本实施例基于荧光纳米材料的二氧化氮检测仪的工作流程如图2所示。当开始检测二氧化氮时，开启电控开关，检测仪开始初始化，此时微处理器处于休眠状态；在检测过程中，若吸入的气体中含有一定浓度二氧化氮，荧光纳米反应器发出的荧光光强发生变化，当光强变化在光电探测器的感应范围内时，光电探测器立刻产生相应的电信号，经光敏感应单元和信号处理单元放大信号后，将采集的信号向微处理器发送，同时唤醒处于休眠状态的微处理器对该信号进行分析处理，比对荧光纳米反应器在特定波长下的光强(这里转换成电信号强弱)和浓度曲线，将分析得到的结果转变成数据信号进一步传递给显示器。当光强不在光电探测器感应范围之内，微处理器始终处于休眠状态，达到节能效果；基于大量实验数据，在对数据全面分析的基础上，可对微处理器进行编程设计，针对不同需要优化检测范围，可满足更广泛用户群体的需求。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本实用新型的保护范围。