光纖化學感測器是指利用光纖波導性能構成的感測器。用以測定某些化學量，如pH值和化學物質的濃度等。
基本介紹
- 中文名：光纖化學感測器
- 外文名：optical fiber chemical sensor
- 組成：光源、耦合器、檢測器等
- 特點：回響速度快、靈敏度高等
- 套用：測定pH值和化學物質的濃度等
- 學科：機械工程
簡介,原理,組成,分類,
簡介
光化學感測器（optical chemical sensor）是一類具有光學回響的化學感測器。在化學分析中，基於分立光學系統的光學技術和光譜學方法已廣泛套用。進入80年代以來，由於通信技術和計算機技術的飛速發展，其與光譜技術相結合形成一種新型分析測試技術——光導纖維化學感測器（fiber optical chemical sensor），在分析化學領域開闢了一片新天地。利用化學發光、生物發光以及光敏器件與光導纖維技術製作感測器，特別是光導纖維感測器及以光導纖維為基礎的各種探針技術，具有回響速度快、靈敏度高、抗電磁干擾能力強、體積小，可套用於其他感測器無法工作的惡劣環境等特點，在過程分析中具有很大的套用潛力，得到了突飛猛進的發展。
原理
媒質層與被測物質相互作用前後，物理或化學性質的改變將引起傳播光諸特性變化，利用其變化的光信號對化學物質進行定性或定量的一類感測器稱之光化學感測器。光纖化學感測器藉助於光導纖維進行光信號傳遞，在光纖末端載有固定試劑相，測試時，插入待測溶液或氣體中，由光源入射的光束經由光纖送入固定有敏感試劑的調製區，被測物質與試劑相作用，引起光的強度、波長（顏色）、頻率、相位、偏振態等光學特性發生變化，這些變化成為被調製的信號光，信號光再經光纖送入光探測器和信號處理裝置，從而獲得被測物質的信息。
組成
對於不同的分析目的，光纖化學感測器的儀器裝置有所不同，但基本組成大致相同。一般由光源、耦合器、光纖、探測層、檢測器幾個部分組成。
理想光源所發出的探測光應當有足夠的強度和穩定性，波長能連續變化，強度不隨波長變化而變化；利用化學發光時可以省去光源。
耦合器的作用是將光源發出的光耦合到光纖中並收集光信號至檢測器。耦合效應關係到光纖化學感測器裝置的性能，因而應引起足夠的重視。
檢測器一般要滿足以下要求：靈敏度高、回響速度快、穩定性好、干擾因素少，因為涉及微光檢測，還要求放大倍數足夠大。試劑的固定方法是實驗成敗的關鍵，因為探測層（固定相試劑）不僅要對待測物做出選擇，還要將待測物的化學量轉換成可測量的光信號，固定方法可分為機械法、粘附法、封入法、包埋法、化學鍵入法、吸附法、電化學固定法等。
分類
光纖化學感測器的分類有多種，即可按檢測對象、感測器的結構和形狀、反應機理、敏感膜形狀、可逆性等來分類。
1．按感測器的結構
按光纖上固定敏感膜的位置可分為端部固定和中間固定，按光纖是否分叉又可分為單支式和分叉式。
分叉式光纖化學感測器，一叉為輸入光，另一叉為輸出光，試劑相在光纖端部。
端部置試劑相光纖化學感測器，只是入射與接收光纖均為同根。對於端部試劑相型光纖，光通過光纖導入試劑相，試劑相與樣品發生反應（如光吸收或螢光、折光等）引起光的波長或強度等信號變化，被探測光纖接收，再轉化成電信號進行檢測。單根光纖是一種簡單有效的檢測方式，但是因為激發光與探測光從同一根光纖上通過，其頻率需要被分辨，一般使用二色分束器或其他光學器件來調整。提高解析度亦可用時間分辨技術或多種新穎的感測器結構來達到。
中間固定相光纖化學感測器，一般是依據消逝波原理，當光在光纖中傳播時，電磁波大部分在光纖中傳播，但有部分會在光纖周罔旱指數衰減形式傳播，這稱為波的消失，通常區域限制在100 nm以內。通常用這種方法檢測光纖周圍指示劑的存在或者裸露光纖表面折射指數的變化。如果選擇適當的光指示劑，該方法可達極高的靈敏度。
2．按敏感膜形狀
按敏感膜形狀可分為多種類型。如薄膜型、微球膜型、圓柱膜型。
圓柱膜型光纖化學感測器，它是基於半透膜的競爭反應，用以測量葡萄糖分子，感測器的探頭為直徑3 mm，長3 mm的圓柱體，在圓柱體內有可固定葡萄糖和葡聚糖的伴刀豆球蛋白A。
3．按檢測對象
光纖化學感測器按其檢測對象可分為氣體光纖感測器、液體光纖感測器和固體光纖感測器。
4．按可逆性
按光纖化學感器的可逆性可分為可逆巧不可逆的光纖化學感測器。
5．按反應機理
按檢測原理可分為吸收光譜、螢光光譜、磷光光i普、折光、化學發光、全反射衰減或消逝波、麥面等離子共振、拉曼光譜等方法的光纖化學感測器。
