基于荧光寿命法的溶解氧检测系统设计.pdf

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1、2011年第30卷第10期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)109基于荧光寿命法的溶解氧检测系统设计郭立泉，张玉钧，殷高方，王志刚(中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031)摘要：依据荧光猝灭原理，分析了荧光寿命和水体溶解氧浓度的关系特性，研究了荧光寿命的锁相环检测技术，设计了基于ADuC841单片机和锁相环放大电路的新型荧光寿命法溶解氧检测系统。测量精度为0．01mg／L，稳定性好，灵敏度高，响应时间小于30s，并且不受外界

2、杂散光和光源波动的影响，可实现水体溶解氧的原位、实时、在线监测。关键词：荧光寿命；滞后相位；锁相环；溶解氧中图分类号：X853文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)10-0109-03Design0fdissolvedoxygendetectingsystembased0nl棚lU0reSCenCe1l●lInenJ●memet·一hOc1IGUOLi·quan，ZHANGYu—jun，YINGao—fang，WANGZhi—gang(AnhuiInstituteofOptics

3、andFineMechanics，ChineseAcademyofScience，Hefei230031，China)Abstract：Accordingtotheprincipleoffluorescencequenching，therelationbetweenfluorescencelifetimeandconcentrationofdissolvedoxygenisanalyzed，phaselockedloop(PLL)detectingtechnologyoffluorescence

4、lifetimeisstudied．AnewdissolvedoxygendetectingsystemwithfluorescencelifetimemethodisdesignedbasedonADuC841SCMsystemandphaselockedloop．Themeasuringprecisionis001mg／L，andtheresponsetimeislessthan30S，withgoodstabilityandhighsensitivity．It’Snotinfluenced

5、byenvironmentallightandlightsourcefluctuation．Itcanrealizeinsitu，real—timeandonlinedetectionofthedissolvedoxygen．Keywords：fluorescencelifetime；laggingphase；phaselockedloop(PU)；dissolvedoxygen0引言位)的方法不受光源波动、老化以及外界杂散光的影响，故溶解氧作为水体污染程度的重要参数和衡量水质的综准确性和稳定性

6、更好。本文设计了基于荧光寿命法的新型合指标，其含量的监测对水环境监测和水产养殖业的发展水体溶解氧检测系统，可实现水下不同深度溶解氧的原位、具有非常重要的意义。目前，主要测量方法包括碘量法、电实时、在线高精度、高灵敏度监测。1荧光寿命特征与溶解氧检测原理极法、荧光猝灭法等。其中，碘量法是实验室纯化学的检测荧光猝灭原理是指激发光照射到荧光物质上产生荧方法，测量准确度高，但耗时长，操作繁琐，无法满足在线测光，由于氧与荧光物质产生荧光猝灭效应，导致荧光强度的量的要求。电极法是根据氧气和电极发生氧化还原反

7、应产衰减和荧光寿命的缩短(荧光寿命是发光强度衰减到初始生电流的大小来测定溶解氧的方法，缺点是电极易老化，由值的1／e所需的时间)。荧光强度和荧光寿命与溶解氧浓于测定过程消耗氧气而需要搅拌，测量前需要标定，需定期度的关系可用Stern—Volmer方程表示更换电极膜等。荧光猝灭法是根据荧光猝灭效应来测溶解，氧的方法，荧光猝灭效应引起荧光强度的衰减和荧光寿命二==l+K『O]．(1)lT一的缩短，通过测定荧光强度的大小或荧光寿命的长短来其中，，n，『分别为溶解氧浓度为零时的荧光强度和荧测定溶解氧含量

8、。由于荧光猝灭法具有较好的光化学稳定性和重现性、精度高、可实时监测等优点，成为目前的主流光寿命，，，r为溶解氧某浓度的荧光强度和荧光寿命，K为技术和研究重点。溶解氧浓度系数，[O。]为溶解氧浓度。荧光猝灭法又分为基于荧光强度的方法和基于荧光寿对于荧光发光过程，用一个短脉冲光()激发样品命的方法，其中，基于荧光寿命(频域表现为荧光滞后相后，发光强度随时间按指数规律衰减为收稿日期：2010—12-02基金项目：国家“863”计划资助项目(2007AA061502)；安徽省科技计划资助项目(08010