基于荧光分析的氨基甲酸酯类农药残留检测系统

通过对氨基甲酸酯类农药在紫外光照射下能够产生荧光的机理研究,设计了一种用于检测氨基甲酸酯类农药残留的荧光系统。该系统采用单光源、双光路结构,能够对测量信号和参考信号同时进行处理。采用所设计的筒式光纤探头激发并探测荧光,设计了相应的信号处理电路,实现了计算机管理。利用该系统和稳态光谱仪对西维因进行了对比实验。结果表明:在激发波长为319nm、荧光波长为654nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L。当西维因浓度范围在0.0～120.0μg/L之间时,系统具有较好的线性关系,线性相关系数r=0.9996(信噪比S/N=5)。该系统达到了荧光检测的指标。     

Nd:GGG晶体荧光寿命的测试

针对Nd:GGG激光器,介绍了荧光寿命测试原理,设计了低频窄脉宽荧光寿命测试系统.该系统由光源、光路系统、驱动电路和探测系统等几部分组成.利用脉冲取样技术测试了Nd:GGG晶体的荧光寿命约为250μs左右.     

一种溶解氧敏感膜荧光发射效率光谱检测系统的研制

荧光猝灭法是快速测量污水、地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一,氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心,高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、特异性强、信噪比高的优点,检测结果更为准确。高效率是优选氧敏感膜的依据,也是溶解氧检测元器件、检测电路和检测光路优化设计的关键。现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法,基于对已有传感器探头光路和电路的研究,该研究分析了全波段的荧光发射效率,选用大功率氙灯作为激发光源,基于连续单波长逐级扫描进行单色分光,构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置,然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱,提出并建立了荧光发射效率计算方法,提出的方法能客观地评估荧光发射能力,准确寻找最佳激发波长。为验证该方法的可行性,对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定,测试结果表明：单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化,呈多峰分布,同一型号的样品荧光效率曲线相似,但荧光发射效率差异较大,同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%,三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同,分别为：401,543和435 nm,但发射峰值波长均为650 nm;不同型号的氧敏感膜相比较,最大荧光发射效率可相差1～2个数量级;实测传感器中使用的激发波长,其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长,其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2,表明传感器光源可以进一步优化选型。综上所述,本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统,提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法,并开展了相关实验测定。本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、工艺的研究及传感器优化设计与制造。     

基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法

依据氧气对物质荧光的猝灭作用,研究了一种基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法,根据荧光猝灭曲线上的两点计算荧光寿命,并通过Stern-Volmer方程反演获得水体溶解氧浓度。结果表明:相同溶解氧浓度下,归一化处理后的荧光猝灭曲线不受激发光强度和激励持续时间等激发条件的影响;不同溶解氧浓度下,实测荧光寿命受系统延迟的影响,补偿后荧光寿命理论曲线与修正曲线具有良好的一致性,拟合相关系数达0.9985。与HQ30d溶解氧分析仪对比,测试结果表明,0~20mg·L-1范围内溶解氧质量浓度测量误差小于0.5mg·L-1,线性相关系数达0.9992。     

农药荧光寿命测试系统的原理与设计

介绍荧光的产生、荧光寿命的产生机理以及荧光寿命测量的基本原理。设计了一种利用直接记录法(光子计数法)测量农药荧光寿命的测试系统。该系统针对待测样品的特性，选用了相应的脉冲光源、光学元件和半导体探测器等器件，优化了各器件的工作参数，进行了简易而又科学的模块化设计，并对西维因农药的荧光寿命在无激励光干扰情况下进行了实际测试，测得了西维因溶液在500μg／L浓度时的荧光衰减曲线和荧光寿命(0.30～0.40ns)。结果表明，该系统具有结构简易、操作方便的优点，能测量100ps级的荧光寿命，适合于对能发荧光的农药进行荧光寿命的定量测量。     

荧光光谱智能监测水中矿物油浓度的研究

为便于环保部门实时准确监测水体油污染情况,研制了一套基于紫外荧光和物联网技术在线监测水中矿物油浓度的系统。该系统采用非对称Czemy-Turner光路的高精度单色器,提高了分辨率;光路增加了一束参考光,用于修正光源波动对探测结果的影响;光路增添光纤传输激发光和荧光,减小系统因仪器振动造成的光路偏差;探头采用特殊设计光纤束,大幅提高光纤耦合效率和信号输出;系统集成了控制模块和无线通讯模块,实现系统的实时测量、数据处理和远程控制。该系统集成度高、探测精度高、稳定性好。利用化学计量学方法中的平行因子算法和化学校正分析理论,降低矿物油不同成分差异带来的计算误差,精确计算出未知样品的浓度。使用该系统测定了柴油、机油、原油三种样品溶液在10,25,50和100 mg·L-1的荧光光谱。用光栅光谱仪测得这三种油的最佳吸收波长分别为256,365和397 nm;用荧光分光光度计测量了上述三种油的吸光度分别为0.028,0.036和0.041;它们的最佳发射波长分别为355,419和457 nm。利用该装置测得柴油、机油和原油的检出限分别为0.03,0.04和0.06 mg·L-1,相对误差分别为2.1%,1.0%和2.8%。     

基于SiPM单光子探测器的荧光光谱仪研究

为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题,研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源,采用正交型光路,将4×4窄带滤光片阵列与具有单光子灵敏度的硅光电倍增器（SiPM）阵列耦合,可实现光谱信息的多通道探测,具备结构紧凑、成本较低以及稳定性好等优点。以荧光素钠为测试样品,对光谱仪性能进行了评估。实验结果表明,光谱仪的检测限优于5×10?11 mol·L?1,在5×10?11 mol·L?1到1×10?9 mol·L?1的溶液浓度范围内,被测溶液浓度与检测所得荧光强度满足良好的线性关系,线性相关系数为0.998 39。此外,光谱仪还具备良好的重复性,荧光峰值强度的相对标准偏差小于10%。因此,该光谱仪兼具灵敏度高、线性度好、重复性与可靠性强等优点,可以满足现场实时检测的需求。     

一种应用PLD-PMTR技术的荧光光纤温度计

通过对光纤荧光温度传感器中影响系统准确度的荧光寿命检测技术的研究,利用双参考信号、脉冲调制激励光源的锁相检测技术对荧光光纤温度传感器的荧光寿命进行检测,推导出测量荧光寿命的数学模型.给出了应用该技术的温度测量方案及实验结果,该方法具有高的信噪比且对激励光泄露有很强的抑制作用.系统的输出信号可以准确地进行长距离传输且很容易与计算机接口.实验表明,该方法是有效和实用的,达到了系统要求.     

农药荧光全光谱检测与分析系统研究

基于有机物农药的荧光机理,利用光纤传感技术、光栅分光技术和多通道图像传感器(Multi-Channel ImageSensor)技术提出了一种用于有机农药的荧光全光谱检测与分析系统。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,以自制的小型平场光谱仪对荧光进行色散分光,并设计了相应的高速数据采集电路,实验结果由微机进行分析。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱的检测和荧光强度与农药浓度的分析。结果表明,以319nm波长紫外光为激发光,一次曝光可获得西维因农药的荧光光谱,光谱带宽为160nm;系统的最小检测浓度为4.0×10-3mg/L,农药浓度在4.0×10-3~100.0×10-3mg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9986。用该仪器对河水和地下水中痕量西维因进行了测量,回收率接近100%。     

基于光谱吸收原则的低成本硫化氢传感器研究

H₂S浓度检测的发展趋势是实时检测,基于光谱吸收原则是其中一个发展方向。用宽带光源替代以往使用的成本较高的窄带光源,降低整个系统的成本,可以提高检测系统的实用性。宽带光源经过Bragg光纤光栅滤波后可以得到窄带光。此方法得到的光波必然会有噪声和波动,然后对其进行滤波,消除一部分系统的噪声和波动,再通过光线分束器分别通入检测光路和参考光路后做差。此差分信号不仅消除了一部分系统噪声和波动,还消除了基波分量,增大了信噪比。用数学分析的方法推导出二次谐波信号,利用SIMILINK仿真观察此信号,不同浓度的H₂S气体会有不同的输出信号,也就得到了气体的浓度。双光路差分法、谐波检测技术和窄带滤波技术综合起来的优势是降低了成本,增加了信噪比,提高了系统的检测能力。实验仿真结果表明,在LED宽带光源基础上采用提取谐波信号的双光路差分方法检测H₂S气体浓度正确可行,此方法降低了系统成本,为大范围实际应用提供了可能性。     

基于光纤的溶解氧浓度荧光测定法

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求,提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶[Ru（dpp）₃]Cl₂掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上,制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体,也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比,该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积,指示剂可以与溶解氧直接反应,提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明,在0~20 mg/L的浓度范围内,Stern-Volmer曲线近似线性,响应敏感度I₀/I为3.6,响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。     

Exact Equivalence between Quantum Adiabatic Algorithm and Quantum Circuit Algorithm

We present a rigorous proof that quantum circuit algorithm can be transformed into quantum adiabatic algorithm with the exact same time complexity. This means that from a quantum circuit algorithm of L gates we can construct a quantum adiabatic algorithm with time complexity of O(L). Additionally, our construction shows that one may exponentially speed up some quantum adiabatic algorithms by properly choosing an evolution path.     

Fiber-optic sensors for the estimation of oxygen gradients within biofilms on metals

This paper presents an optical approach to measure the oxygen gradients in biofilms grown on stainless-steel 316L. The sensor is constructed by immobilizing an oxygen-quenchable fluorophore at the tip of an optical fiber. The response time and reversibility of fiber-optic sensor have been analyzed. By mounting the optical fiber using a computerized micromanipulator, the vertical profiles of oxygen are measured with 10 μm depth resolution across biofilms on metal coupons. Steep concentration gradients of oxygen have been observed within the biofilm, both perpendicular and parallel to the metal surface. Optical response of the biofilm grown metal surface is found to be a consistent measure of the oxygen profiles within biofilms.     

ABSORPTION SPECTROSCOPY IN THE VISIBLE SPECTRAL RANGE OF TRIVALENT AND HEXAVALENT CHROMIUM IN DISTILLED WATER AND IN BUFFERS AT DIFFERENT pH VALUES

ABSTRACT

An exhaustive absorption spectroscopy study of both Hexavalent and Trivalent Chromium solutions in distilled water and in buffers in the acid range was carried out. Solutions in the wide 26 µg/L–520 mg/L concentration range were analysed in the visible spectral range by means of a conventional dual beam spectrophotometer equipped with 10 mm and 100 mm path length cuvettes in order to settle the minimum detectable concentration and the saturation limit.

Chromium detection at low concentration is of interest in environmental monitoring because of its carcinogenic risk, while high concentration monitoring is of interest in industrial process control, especially during sewage collection and recycling processes.

The presented absorption spectroscopy study was addressed to the implementation of an optical instrumentation for on-line Chromium detection making use of current optical fibre technology.     

基于自加权交替三线性分解的荧光检测油类污染物

设计水中油类污染物检测仪,采用脉冲氙灯作为光源,选择阶跃型多模纯石英光纤对激发光和发射光进行传输。采用非对称Czemy-Turner光路的高精度光栅单色器。应用该装置测定柴油、汽油和煤油的荧光光谱,0#柴油、97#汽油和煤油的最佳激发波长/发射波长分别为：290/330,270/300和280/330 nm。检出限：柴油(0.025 mg·L-1)、汽油(0.042 mg·L-1)和煤油(0.054 mg·L-1)。相对误差：柴油(2.55%),汽油(2.06%)和煤油(1.71%),实验表明所设计的检测仪具有较高的测量精度。配置不同浓度的柴油、汽油和煤油的混合溶液,测量其三维荧光光谱,采用自加权交替三线性分解算法对光谱数据进行分解,预测浓度及回收率均表明自加权交替三线性分解算法对混合油类物质有较高的分辨能力。     

氨气激光在线检测中浓度精确反演的研究

氨气是大气中含量最为丰富的碱性痕量气体,氨浓度检测是近年来环境和农业领域的一个重要研究方向。利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合波长高频扫描技术和多次反射池技术设计了氨气激光在线检测系统。通过激光中心波长锁定、背景基线拟合、吸收线型拟合、光强归一化和线性最小二乘拟合算法实现了氨浓度的精确反演。分析了系统性能,在24.32m光程下系统检测限为0.157mg/m3。使用该浓度反演方法实现了氨气的高灵敏、高精确在线检测。     

光纤传感器位移和转速测量研究

介绍光纤传感器的测量原理,并对位移和转速测量进行研究,利用matlab软件对位移测量结果进行曲线拟合,且将光纤传感器和电涡流传感器的转速测量结果进行比较,最后得出利用光纤传感器进行测量具有电路结构简单、精度高、光路弯曲等优点。