基于Ru荧光指示剂和U形塑料光纤的溶解氧传感器研究

"这篇文章是关于一种使用钌(Ru)荧光指示剂和U形塑料光纤(DO传感器)来测量溶解氧浓度的技术。研究者详细探讨了该传感器的工作原理，包括荧光强度和寿命的测量，以及不同氧气/氮气比例下的性能。他们还研究了钌浓度、退火时间和U形光纤曲率半径对系统灵敏度的影响，并提出了一个双层模型来解释与斯泰恩-沃尔默方程线性关系的偏差。" 这篇发表在2008年《中国光学快报》第6卷第6期的文章，由Fenghong Chu、Haiwen Cai、Ronghui Qu和Zujie Fang等人撰写，介绍了利用一种新型溶解氧传感器的设计和工作机制。该传感器的核心是结合了U形塑料光纤（POF）和二氯三(1,10-菲啰啉)钌([Ru(dpp)3]2+)，这是一种对氧气敏感的荧光指示剂。当传感器被浸入含不同O2/N2比例的水浴中时，通过测量荧光强度和寿命的变化，可以推断出溶解氧的浓度。 文章深入研究了影响传感器性能的关键因素。首先，钌([Ru(dpp)3]2+)的浓度变化会直接影响荧光响应，因此需要找到最佳浓度以确保最佳灵敏度。其次，退火时间对POF的性能有显著影响，可能是因为退火过程能优化光纤内部的结构，提高其对氧气分子的响应速度。此外，U形光纤的曲率半径也对传感效率有所影响，曲率越大，可能对氧气分子的捕获效率更高。 为了解释观测到的非线性关系，研究者提出了一种双层模型。这个模型能够分析并解释在斯特恩-沃尔默方程描述的线性关系之外的偏差。斯特恩-沃尔默方程通常用于描述荧光猝灭现象，即溶解氧分子与荧光指示剂之间的相互作用导致荧光强度降低。然而，在实验中发现τ0/τ（未猝灭荧光寿命与猝灭后荧光寿命之比）与氧气浓度的关系并非完全线性，这可能是由于U形POF的几何特性导致氧气分布不均匀，或者存在其他复杂的物理化学过程。 通过拟合实验数据得到的次线性关系，双层模型揭示了这种非线性依赖于U形光纤的曲率，这有助于理解和优化传感器的设计。这项工作不仅提供了一种新的溶解氧测量方法，而且对理解光纤传感器中的光学和化学相互作用提供了深入见解。这种传感器的应用可能涵盖环境监测、生物医学研究和工业过程控制等多个领域。