基于CdTe量子点检测Cu2+的荧光传感器系统设计.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又基于CdTe量子点检测Cu2+的荧光传感器系统设计作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：石怀文模式识别与智能系统李淼研究员二O一二年五月十日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeBasedonCdTeQuantumDotsDetectionOfCu2+FluorescentSensorSystemDesign1●一Author’SName·HuaiwenShiSpecialty：PattemRecognitionandArtificialInt

2、elligentSupervisor：Prof．Mi：LPro／．iaoLilFinishedtime：May10m，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：二童救签字日期：_z幺眨叫睡中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机

3、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。匦Yt：口保密(——年)作者签名：丕竖支签字日期：刀叫互√啦盘帅移一皿名期签日若P≯r师字导签摘要摘要近年来，随着我国经济的飞速发展，重金属在河流、土壤、空气中的污染也越来越严重。农业中的重金属污染是由于使用被重金属污染过的水源进行农作物灌溉所造成。重金属被农作物富集后，通过食物链进入人体，严重影响人体健康。人体重金属中毒会导致贫血、神经错乱、智力下

4、降、骨骼病变、身体缩短、骨骼畸形、全身疼痛、视野缩小、听觉失灵、痉挛、惊厥、身体呈弓状，孕妇中毒可致胎儿痴呆。由于部分重金属离子危害性强，少量残留就会对人体健康造成严重影响，所以探索超灵敏快速准确检测的新方法对人类长期健康有至关重要的意义。农业中的重金属污染不仅会直接对人体健康会造成严重的影响，而且会导致农产品的产量和质量下降，因此研究重金属的检测对我国农业生产和农业食品安全方面也具有重要的意义。本文运用量子点荧光检测方法，设计出荧光传感器系统，为重金属现场快速检测提供一种便携式仪器。荧光传感器系统运用了荧光淬灭技术、光电检测技术、信号去噪技术和嵌入式技术，采用ARM9微

5、处理器$3C2440A芯片，运用嵌入式操作系统Linux，实现显示、通信和触摸操作等功能。利用稳定的激光作为激发光源，通过滤波片、聚光镜等荧光采集光学附件制作出荧光传感器光学系统；荧光传感器系统中的模拟电路将荧光传感器输出的荧光信号进行光电转化，再将电信号通过低通滤波放大电路进行去噪放大；得到放大后的电压信号通过信号采集处理数字电路进行AD转换，根据内置标准曲线得到的重离子浓度在装置上显示并可以传输到远端计算机上。整个系统具有成本低、灵敏度高、简便快速、小型便携等特点。在此基础上，铜离子检测原理可以描述如下。量子点在激发光源的照射下会发出特定波长的荧光信号，荧光强度会在加

6、入一定量的特殊重金属后发生变化。使用的量子点经过特殊的官能基表面修饰后，对重金属具有高选择性。本文选择在水溶液中具有发光性强和稳定性好的CdTe量子点，对其表面进行巯基修饰后，在检测Cu2+时具有高度选择性。加入的Cu2+会快速淬灭荧光，Cu2+的量和荧光强度变化之间的关系可以通过我们设计的光学装置进行实验得到，这个光学装置可以由商业光谱仪进行深入验证。我们设计的荧光检测系统内置建立的标准曲线后，实现了对cu2+的检测，最低检测限达到42nmol／L。本文首先从荧光传感器系统的前端荧光传感器设计方面入手，介绍了荧光传感器设计的各个部件；然后给出整个荧光传感器系统的硬件电路

7、原理图，介绍了各个电路的功能作用；并介绍了荧光传感器的软件设计。软件设计比较复杂，涉及到嵌入式软件方面。实验部分包括了量子点稳定性实验、标准曲线测定实验和摘要其他重金属干扰实验，根据实验给出了荧光传感器系统的可行性分析。论文最后给出了荧光传感器系统设计的不足，并指出了将来改进的方向，为系统进一步优化提供了指导。关键词：CdTe量子点荧光Cu2+光电检测嵌入式$3C2440AAbstractIIlrecentyears，withtherapiddevelopmentofChineseeconomy,heavymetals，pol