用于檢測痕量鉛離子的功能化反射結構光纖干涉傳感器

摘要：鉛離子（Pb2+）是日常生活中常接觸的有毒重金屬污染物之一。本研究開發了一種新型反射式光纖干涉傳感器，用于檢測痕量鉛離子。該傳感器結構由單模光纖、無芯光纖和細芯光纖（TCF）依次拼接而成。TCF的包層被氫氟酸部分腐蝕并涂覆功能化的水凝膠傳感膜。該傳感膜選用甲基丙烯酸2-羥基乙酯（2-HEMA）作為識別單體。2-HEMA中的氧原子能與Pb2+發生配體-受體相互作用，形成“-O-Pb-O-”交聯結構，從而改變TCF的新包層有效折射率。因此，可以通過觀察反射光譜中光信號的變化來檢測水溶液中Pb2+的濃度。所提出的傳感器具有很高的檢測靈敏度（1.926 × 109 nm?mol?1?L），其檢測極限為4.14 ppt （1 ng?L?1 = 1 ppt），比世界衛生組織（WHO）規定的飲用水中Pb2+ （10 ppb，1 μg?L?1 = 1 ppb）濃度低1000倍。此外，利用一個方程組實現了該傳感器的溫度自校準功能，成功地消除了環境溫度的干擾。由于該傳感器良好的特異性、穩定性以及反射式結構，非常便于實時遠程檢測，為環境和人類健康監測提供了廣闊的前景。

關鍵詞：鉛離子濃度；光學傳感；反射式干涉結構；光纖傳感器；溫度干擾

中圖分類號：O649