荧光标记空芯光子晶体光纤阵列对多种重金属离子的在线检测

本项目针对环境与食品中重金属离子在线检测的迫切需求，利用重金属离子与荧光分子之间特异性相互作用而产生荧光强度与峰位的变化来对其进行定性定量分析。拟采用：1）大直径单模空芯光子晶体光纤来提高激发光的能量阈值；2）高比表面内壁结构实现更多荧光分子的吸附与荧光强度的倍增；3）有机配体修饰提高光纤传感器的选择性；4）中空的流体传输特性实现在线检测。在前期PS球模板法合成介孔结构基础上，我们将进一步在空芯光纤内壁上制备类似的高比表面结构并组装不同配体修饰的荧光素。阐明表面结构与光纤模场、能量传输性能之间的关系，探讨荧光敏感检测机理，揭示不同荧光配体修饰的离子选择性规律及浓度变化对荧光光谱影响的规律，从而实现荧光信号的高效检出。构建对多种重金属离子敏感的空芯光纤阵列与微型泵浦开放系统，从而通过多通道对多种离子同时在线检测。本项目中空芯光子晶体光纤检测原理对发展其他环境有害物质的在线检测技术有借鉴意义。

本项目运用PS球模板法在空芯光纤内表面制备高比表面的多孔结构并对其进行荧光分子标记，利用高能传输特性的空芯光纤实现荧光的激发、高效检出和低损耗传输，借助微型泵浦系统，实现对多种重金属离子的在线检测。在此基础上，对汞离子等荧光检测原理、基于光纤拉曼衬底材料及相关小型化检测仪器样机进行研究，在以下几个方面取得重要进展：1、合成了不同类型、不同发射波长的高质量量子点，并进行了量子点表面配体修饰、组装与其对汞离子荧光信号敏感输出研究，实现对不同重金属离子的敏感检测；2、在光纤上实现了纳米银光化学还原制备及阵列结构；3、光纤传感器系统的组装及对汞离子的在线检测研究，选择了激光光源、高精度光纤荧光光谱仪，并利用光纤分路器、光纤准直器、光纤环路器等光纤元件构建了全光路开放检测系统，利用空芯光纤中空的特性及微型泵浦构造微压力的开放或者循环检测系统，从而实现对汞的原位在线检测；4、基于荧光与光谱吸收的重金属离子便携式快速检测仪样机研发，已经通过嵌入式系统完成了多种重金属离子Pb2+，Cr6+，Cd2+，Cu2+与Hg2+快速检测。三年来，共发表标注基金号的SCI/EI收录论文5篇（最高影响因子7.714），另外正在评审文章2篇，申请专利4项，软件注册登记3项。