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研究進展
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聚多巴胺涂覆型Ge-As-Se-Te硫系玻璃拉錐光纖傳感器用于對水中對二甲苯劑量的高靈敏檢測
作者: irglass 時間: 2019-12-24 瀏覽:4,457 次

       近日,我室碩士生蘇靖祥(第一作者)和戴世勛研究員(通訊作者)聯合我校材化學院干寧教授(共通訊作者)在Optics Express期刊上發表了題為“Optimized Ge-As-Se-Te chalcogenide glass fiber sensor with polydopamine-coated tapered zone for the highly sensitive detection of p-xylene in waters”論文(Optics Express. 2020, 28(1), 184-193. https://doi.org/10.1364/OE.381955)。審稿專家給出了高度評價:“據審稿人所知,作者通過結合硫系玻璃和有機聚合物實現了一種高靈敏度紅外傳感器件,我認為這項工作對于對光譜學領域是有用且重要的,若該硫系玻璃和光纖未來進一步功能化將在未來中紅外器件具有使用價值。”(原文為:To the best of my knowledge, the authors report a new approach towards highly sensitive devices combining chalcogenide glasses and polymer materials。I find the current manuscript useful and important for the spectroscopy community because it shows that further functionalization of the chalcogenide glasses and fibers could lead to useful devices for mid-IR region)。

      對二甲苯有機污染物是一類高毒、持久且普遍存在的環境污染物,它對水生態系統和人類健康構成了極大的威脅。在現實生活中的許多情形下,有機污染物的濃度通常處于ppm或ppb級別,但是以往在硫系玻璃拉錐光纖傳感領域所報道的檢測極限都達不到這樣的水平。因此,開發一種新型硫系玻璃拉錐光纖傳感器并確保該傳感器能夠實現ppm或ppb級別濃度的檢測很有必要。為了提高硫系玻璃拉錐光纖傳感器的靈敏度,本工作創新性地采用一種簡單的原位自聚合方法在Ge-As-Se-Te光纖錐區的表面生成了一層聚多巴胺薄膜,聚多巴胺中的芳香環會基于p-p 堆積原理而與對二甲苯中的苯環堆積,從而導致p-xylene分子的富集,實驗結果表明:涂覆聚多巴胺薄膜拉錐光纖耐水性很好,對二甲苯劑量檢測靈敏度提升40倍,并使檢測極限降至50mg/mL。這種新型傳感器對50-2000mg/mL的對二甲苯水溶液的檢測響應時間小于10min,重復性誤差大約為8.97%。這種新型硫系玻璃拉錐光纖傳感器具有極大的潛力用于在線原位環境質檢。

圖1. 聚合物涂覆層增強傳感原理

圖2. (a) 涂覆光纖SEM圖 (b)涂覆光纖在水溶液中浸泡3h后SEM圖

圖3. (a) 涂覆傳感器對6種濃度對二甲苯水溶液的響應時間 (b)響應時間與濃度的依賴關系

圖4. (a) 有/無涂覆傳感器檢測的6種濃度對二甲苯水溶液的紅外吸收光譜 (b) 有/無涂覆傳感器檢測的吸光度與濃度之間的依賴關系 (c)涂覆傳感器的重復性驗證

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