光纤PH传感器

　　一、前言

　　光纤传感器是80年代兴起的一种新型传感技术，具有精度高、抗电磁干扰、安个可靠并可用十在线遥测等优点。虽然光纤化学传感器比光纤物理传感器的制作和应用的要求更为复杂，但月前已有多种用于生物、化学领域的光纤传感器(如测量溶液、气体浓度、蛋白质或其它生化反应产物等)，被研制成功并开发应用，光纤pH传感器是其中之一。

　　自1980年，J.I.Peterson等人首次提出了基于指示剂吸收的光纤pH传感机理并报导了他们制成的传感器以来，G.F.K:rkbr，gllt等人报导了这方面的研究成果.本文介绍了一种吸收反射式光纤pH传感器，进行了酚红、澳酚兰和百里酚兰等二种pH指示hlJ的固定化制备研究。传感器分别在pH7.00一8.50、3.00一5.00和8.00一10.00不同的范围内具有较好的线性性能和优于0一05pH的精度。

　　二、探头制作

　　图l是一种Y型光纤束反射式pH传感器的结构示意图。Y型光纤束是BX一CG型，北京玻璃研究所生产，其透射率50%，数值孔径0.56，人射光束一与反射光束采用同心圆排列，光纤束直径D可变，这里使用D一Zmm。敏感探件，pH指示剂使用经过固定化的酚红、百里酚兰和嗅酚兰染料。染料同丙烯酞胺共价结合工艺是采用乳化聚合法。这些指示剂用聚四氟乙烯膜定位而置于光纤端面上，并采用反射镜面来提高光信号强度。使用聚四氟乙烯膜还要有利于H+离予透过，便于指示剂反应，其孔度要合适，通常制作前将其亲水处理。

　　三、测试系统

　　图2是测试系统的方框图。其中光源采用SOW浪钨灯(Mod1682A，SPEX)，光信号检测是用光电倍增管(Type.GnB一35，华东电子管厂)。该测试系统采用了双光路输出，取出一路参考光，与信号光差分输出进一步消除了光源的波动及外界引起的于扰，提高了信噪比。参考光是用光电二极管检测，最后经信号处理，可输出mV和pH两种方式输出。

　　四、主要性能

　　1.pH灵敏度及相关系数。

　　测定不同pH值溶液中光电转换后的输出电压曲线，其斜率为灵敏度，可采取滴定和固定溶液两种方法lj!lJ量。图3是一酚红探头的滴定灵敏度曲线，在pH7.00一8.50范!{」内相关系数r为o.999，灵敏度为66石mV/pH.

　　2.响应时间

　　通常是测量从一个pH值跳跃到另一个值时，其输出值从起始值变化到终值的90%时，所对应的时间间隔为响应时间，图4是一个百里酚兰探头的响应速度曲线，溶液从pH值9.887跃变到6.860，其响应时间为lmin。

　　3.滞后效应

　　该性能是指传感器在同一pH值的输出电压在上行(pH值从小到大)和下行(pH从大到小)测量时最大偏差与两端最大量程之百分比，此值越小越好。实测中在线性范围内，探头滞后可达0.53%。图5是用X一Y记录仪记录的滞后特性曲线。