[发明专利]一种铜离子检测的光纤传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种铜离子检测的光纤传感器及其制备方法。本发明传感器包括二模光纤马赫‑曾德尔干涉仪、宽带光源和光谱仪。所述宽带光源连接干涉仪一端，干涉仪另一端连接光谱分析仪，干涉仪用于供滴入的含铜离子的溶液作为载体，所述干涉仪为二模光纤通过融熔拉锥的方法制备而成，并使用高分子修饰的硫化铅量子点功能化干涉仪表面，光谱分析仪用于观察干涉光谱的情况。与现有技术相比，本发明的一种铜离子检测的光纤传感器，成本低廉，对铜离子溶液的检测灵敏度较高，检测精度高。

技术领域

本发明涉及铜离子检测装置领域，尤其是指一种基于二模光纤马赫-曾德尔干涉仪的铜离子检测的光纤传感器及其制备方法。

背景技术

金属离子已经成为危害人类健康的主要污染物之一，金属离子通过食物链进入生物体内积累，最终会破坏人体正常的代谢活动。铜离子(Cu²⁺)是生物体中含量最丰富的金属离子之一，也是动植物所必须的微量元素，但如果人体中Cu²⁺浓度超标，则会对人体健康产生极大的危害。短期暴露于高浓度的Cu²⁺会导致消化系统紊乱，长期暴露会导致肝脏和肾脏损伤。据报道，人体内Cu²⁺浓度与一些严重的神经衰退性疾病息息相关，如阿尔兹海默症和威尔逊病。正常人体血液中的Cu²⁺浓度在15.7-23.6μM范围内。因此美国环境保护局(EPA)将饮用水中的Cu²⁺安全极限设定为20mM。可见，开发新型的Cu²⁺检测技术，对环境保护和人类健康具有重要的意义。

基于量子点的传感显示出优良的光学特性，高灵敏度和良好的选择性等优点。碳量子点已被用作检测Cu²⁺和Fe³⁺的光学探针。碳量子点周围的含氧官能团与金属离子配位，导致碳量子点荧光淬灭。但是，碳点周围的基团数量很少，且数目无法控制与量化。此外，第二近红外窗口(1000-1700nm)荧光成像由于具有信背比高，时间空间分辨率高的优点，在成像领域受到广泛的关注，而碳点的荧光发射峰在可见光区域，限制了其进一步用于体内Cu²⁺荧光成像的应用。

使用高分子修饰的硫化铅量子点做为传感器的敏感层，量子点表面的含氧官能团数量大且数目可控，此外，硫化铅量子点工作在近红外区域，有助于进一步用于人体内的Cu²⁺成像。将高分子修饰的硫化铅量子点功能化到二模光纤马赫-曾德尔干涉仪的表面，可以结合量子点与光纤传感的优点，实现在线实时检测，并取得良好的灵敏度与检测极限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于二模光纤马赫-曾德尔干涉仪的铜离子检测的光纤传感器及其制备方法，成本低廉，检测精度高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铜离子检测的光纤传感器，包括二模光纤马赫-曾德尔干涉仪、宽带光源和光谱仪，宽带光源连接干涉仪一端，干涉仪另一端连接光谱分析仪，干涉仪用于供滴入的含铜离子的溶液作为载体，所述干涉仪为二模光纤通过融熔拉锥的方法制备而成，并使用高分子修饰的硫化铅量子点功能化干涉仪表面，光谱分析仪用于观察干涉光谱漂移情况。

本发明还利用融熔拉锥的方法制备二模光纤马赫-曾德尔干涉仪。本发明的另一目的是提供铜离子检测的光纤传感器的制备方法，包括以下步骤：

a.高分子的制备；

b.硫化铅量子点的制备与修饰；

c.二模光纤马赫-曾德尔干涉仪的制备与修饰；

d.宽带光源、干涉仪、和光谱仪组装连接。

优选地，所述步骤a中的高分子的制备步骤如下：