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《湖南大学》 2002年
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基于多通道光纤模式滤光检测的新型化学与生物传感理论与应用研究

周雷激  
【摘要】: 发展多参数、多功能的传感器是目前传感器研究的一个极富挑战性的方向。在现阶段,将单参数化学与生物传感器发展为多参数、多功能化学与生物传感器是一条现实可行的重要思路,目的在于不增加阵列规模,甚至在单个传感探头的情况下,能够显著提高体系化学信息的获取量。光化学传感器以其光学信号表达的丰富多样性而在这方面具有独特的优势,而且,各种光学信号表达均可在同一光学波导中实现,这使得在单个光极上同时获得多个光学信号成为可能。 本论文从基于光纤模式滤光检测的机理入手,致力于研究一类新型的基于模式滤光检测的光纤化学与生物传感器。所谓模式滤光,是指分析对象进入光纤包层引起光纤芯包界面的折射率增加,导致光纤内的部分传导模不满足传导条件而从光纤的包层中侧漏出来的光学信号,它与包层折射率的增量在一定条件下线性相关。因此,模式滤光检测为光学式化学与生物传感器获取光学信息发展了一条新的途径。模式滤光检测和传统的检测方式相比,检测器的位置由光纤末端改放在光纤侧面,获取光纤侧面产生的模式滤光信号,由于光纤侧面的背景光远较光纤末端的出射光背景小,因而较之检测光纤末端的出射光有高得多的信噪比和灵敏度。同时,结合电荷耦合器件(CCD)的多通道检测技术和色谱分离技术,可以巧妙地实现对多组分的同时分离和多通道信号响应,实现单个传感器的多参数化。 本论文的研究工作分为两部分。第一部分开展了仪器的开发和研制工作,以及基于光纤模式滤光检测的信号传感理论研究: 一、开发和研制基于裸光纤体系和基于修饰光纤体系的模式滤光传感装置。这部分工作涉及如下几个关键问题: 1.光源与光纤之间的光耦合技术; 2.进样装置的构造以及参数的选择; 3.处理和修饰光纤/毛细管环状柱传感元件的技术平台; 4.传感装置各部件尺寸或参数的选择,设计、加工和组装; 一 5.多通道检测系统的构造,数字信号的采集及软件的开发; 等等。 根据我们的设想,我们研制出了基于通用和快速检测的裸光纤模式滤光传 感装置和基于多组分同时选择性响应的修饰光纤模式滤光色谱传感装置。由于 这项研究工作的新颖性,香港浸会大学从本实验室购置了两台我们自行研制的 模式滤光传感装置,并开展了相关的合作研究。在此基础上,我们进一步发展 了全新的基于光纤模式滤光检测的毛细管电泳装置,并申请了专利。_ 二、从光学波导的基本原理出发,从理论上探讨了光纤模式滤光检测在获 取高信噪比和高灵敏度的信号上所具有的突出优势。为了解决实验中裸光纤体 系与修饰光纤体系在获取模式滤光信号上出现的不一致现象,即裸光纤体系中 随着分析对象的折射率增大,获取的模式滤光信号呈下降趋势,而在修饰光纤 体系中分析对象的折射率增大,获取的模式滤光信号却是增大的,我们从光的 能量辐射学入手,详细地讨论了光辐射能在传输路径上的反射与透射,获得了 模式滤光信号产生的细节,以此建立了模式滤光检测的新模式。通过详细的理 论推导和分析,合理地解决了这一看似矛盾的问题,二者看似不一致,实际上 是对立统一的。 在修饰光纤体系中,定量分析待测物质与光纤涂层相互作用所产生的模式 滤光信号,是我们开展光纤模式滤光化学与生物传感的理论基础。在修饰光纤 体系定量获取模式滤光信号的理论研究中,我们以我们所用的石英光纤为例, 推导了光纤模式滤光信号的理论表达式。我们获得了模式滤光信号的函数关系, 它与分析对象的容量因子,分析对象的折射率、进样体积和进样浓度以及流动- 相的线性流速有关。对这个表达式的研究表明,对一给定值的装置,检测器的_ 灵敏度主要由两项决定。一项是随着分析对象和包层间的RJ差值的增大,灵敏- 度将提高,这一项类似于普通m检测器中描述分析对象选择性的项,只不过… 差值在模式滤光检测中是相对于固定相而言,而在普通l检测中是相对于流动- 相而亩。另一项是分配常数K。,它表明聚合物包层的亲和性越强,对分析对象 的灵敏度越高,这一项同时还显示模式滤光检测方法受化学的选择性和m的灵, 敏度共同决定。增加流动相中水的含量能使疏水分析对象的分配常数变得很大,。 然而,分配常数的增大也引起容量因子和保留值的增长,从而导致分析时间的- 延长并导致流动相中分析对象区带的展宽和稀释。对这个表达式的研究还表明,。 n; 3。 —— 减小固定相涂层的厚度,有利于在增大分配常数民的同时保持适当的容量因 子,这对获得理想的模式滤光信号具有十分积极的意义。 论文的第二部分工作开展了基于多通道光纤模式滤光检测的化学与生物传 感的应?
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP212

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 成文萍;化学修饰模式滤光光纤传感器的分析行为研究[D];山西大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 赖家平,何锡文,郭洪声,梁宏;分子印迹技术的回顾、现状与展望[J];分析化学;2001年07期
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10 何晓晓,王柯敏,谭蔚泓,肖丹,李军,羊小海;基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法及其在细胞识别中的应用[J];科学通报;2001年16期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 陈九武,王志强;毛细管电泳在氨基酸分析检测中的应用进展[J];氨基酸和生物资源;2004年03期
8 戴红;张新申;肖凯;;电导检测低压离子色谱法分析甘氨酸[J];氨基酸和生物资源;2007年04期
9 夏晶;张宏瑞;;紫外线吸收剂分子印迹聚合物的制备及其性能评价[J];现代农业科技;2011年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 侯利霞;;毛细管电泳在检测食品中蛋白质含量及掺假方面的应用[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
3 王荣;贾正平;陈立仁;马骏;樊俊杰;张强;谢华;;头孢呋辛对映体的毛细管区带电泳分离方法研究[A];西北地区第三届色谱学术报告会暨甘肃省第八届色谱年会论文集[C];2004年
4 蒋庆峰;宋丽明;蔡振华;刘瑾;陈欣;;盐酸舍曲林与其异构体的毛细管电泳分离方法研究[A];'2006天津市第十七届色谱学术交流会论文集[C];2006年
5 黄志东;;羧甲基-β-环糊精作为手性选择剂对西酞普兰的毛细管电泳手性拆分[A];'2006天津市第十七届色谱学术交流会论文集[C];2006年
6 牛卫芬;吕九如;;分子印迹-后化学发光分析法测定盐酸氯丙嗪[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
7 季宇彬;汲晨锋;吴涛;王翀;;羊栖菜多糖的提取、含量测定及组分分析研究[A];2006年全国生化与生物技术药物学术年会论文集[C];2006年
8 季宇彬;汲晨锋;吴涛;王翀;;羊栖菜多糖含量测定及多糖组分分析[A];2006第六届中国药学会学术年会论文集[C];2006年
9 刘军;;小波变换在电泳信号处理中的应用[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年
10 成文萍;吴锁柱;张彦;董川;;模式滤光光纤甲醛传感器的研究[A];中国化学会第十五届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周文辉;分子印迹材料在海洋及食品污染物检测中的应用[D];中国海洋大学;2010年
2 包鑫;稳健回归技术及其在光谱分析中的应用[D];浙江大学;2010年
3 王翎;碲化物量子点的制备、表征及其在生物荧光标记中的应用[D];山东大学;2010年
4 张婷;微流控皮升级平移自发试样引入方法及其在高速毛细管电泳中的应用[D];浙江大学;2009年
5 王欣梅;大肠杆菌f2噬菌体分子印迹膜的制备、评价和应用[D];华中科技大学;2011年
6 张明锦;基于特征选择的多变量数据分析方法及其在谱学研究中的应用[D];华东理工大学;2011年
7 徐小娜;中药色谱指纹图谱研究及化学计量学方法的应用[D];中南大学;2010年
8 袁大林;代谢组学与中药研究中复杂体系的解析方法及应用研究[D];中南大学;2010年
9 唐丽娟;定量结构活性相关性研究与高维微阵列数据分析中的化学计量学新算法[D];湖南大学;2009年
10 李振庆;分子电泳检测方法及其装置的研究[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周胜男;马铃薯中酚类物质的提取、纯化及检测方法研究[D];安徽农业大学;2010年
2 陶丘博;化学计量学在多组分分析同时测定中的应用[D];郑州大学;2010年
3 张颖;四种药物的毛细管电泳电化学发光法分析[D];郑州大学;2010年
4 柳絮飞;两种苯磺隆分子印迹聚合物膜的制备及其性能研究[D];山东农业大学;2010年
5 邹斐飞;磁性印迹吸附材料选择性去除水中氯酚污染物[D];大连理工大学;2010年
6 史瑜婷;酶法降低β—乳球蛋白含量的研究[D];安徽农业大学;2010年
7 李慧;饲料中四种FQs的LLE-HPCE及诺氟沙星MISPE-HPCE的研究[D];安徽农业大学;2010年
8 银珍红;2,4-D、柚皮素、防落素分子印迹聚合物的制备及应用[D];湘潭大学;2010年
9 李兆敏;环丙沙星、烟嘧磺隆分子印迹聚合物的制备、表征及应用[D];湘潭大学;2010年
10 高燕哺;喹喏酮类分子印迹聚合物微球的制备及选择吸附性能研究[D];河南师范大学;2010年
【同被引文献】
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1 陀雄信,干宁军,易唐玲;旋光法测定白砂糖中蔗糖分的不确定度分析[J];标准计量与质量;2003年11期
2 江秀明,陈志春,杨绍明,林贤福;光纤表面等离子体共振传感器研究进展[J];传感技术学报;2003年01期
3 蒋学华;孟庆民;张明;;基于SPR的光纤传感器的研究与实验[J];传感器与微系统;2009年07期
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5 李瑛,杨集,冯士维;光纤气体传感器研究进展[J];传感器世界;2005年01期
6 曾恚恚,王柯敏,田利,俞汝勤;基于芘的荧光熄灭的单质碘荧光敏感膜的研究[J];分析化学;1994年01期
7 方程,张悟铭,周性尧;光纤化学传感器进展[J];分析科学学报;1996年04期
8 李维;许雪梅;刘茜倩;吴爱军;叶俊华;王华;吴建好;夏辉;;光纤倏逝波传感器探针灵敏度分析[J];光电子技术;2008年02期
9 王柯敏,周雷激,毛大军,羊小海;一种新的基于折射率变化的光纤化学传感器[J];高等学校化学学报;1999年07期
10 汪敏;庞拂飞;曾祥龙;陈翔;牟恩栋;王廷云;;基于渐逝波耦合的网络化光纤温度传感器研究[J];光电子.激光;2007年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 周征;基于多通道模式滤光检测的同步分离分析光化学传感器的研究[D];湖南大学;2001年
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3 饶丰;光纤表面等离子体波共振传感器理论和设计[D];江西师范大学;2007年
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5 田卡丽;红外光谱吸收型光纤一氧化碳传感器的研究[D];武汉理工大学;2008年
6 钟春兰;光谱吸收型光纤气体传感器的研究和设计[D];厦门大学;2009年
7 吴锁柱;新型模式滤光光纤化学传感器的研究[D];山西大学;2009年
【二级参考文献】
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1 潘景浩;何明威;刘雁鸣;;一种性能良好的PVC膜苦味酸根离子选择电极[J];分析化学;1983年07期
2 孟子晖,王清海,朱道乾,周良模;分子烙印法在手性分离中的应用[J];分析化学;1997年03期
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10 孟子晖,王进防,周良模,王清海,朱道乾;分子烙印技术进展[J];化学进展;1999年04期
【相似文献】
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1 季尚勇;;数字式多通道协同加载控制器[J];自动化与仪器仪表;2012年04期
2 方志刚,葛列众;多通道模糊指称及其可用性研究[J];计算机应用研究;2000年05期
3 俞晓磊;赵志敏;;多通道综合全息术及在材料性能检测中的应用研究[J];激光杂志;2008年03期
4 刘静栋;;一种多通道可编程信号源的实现方法[J];声学与电子工程;2009年04期
5 赖涛;董臻;梁甸农;;多通道/多波束星载SAR实现高分辨宽测绘带成像综述[J];遥感信息;2011年01期
6 郭青伟;;多通道广播监测系统[J];辽宁师专学报(自然科学版);2011年01期
7 李河;;多通道快速保护电路的设计[J];电测与仪表;1993年10期
8 张青;詹磊;;大型电视节目多通道采编制作系统设计[J];电视技术;2013年24期
9 彭利坤,邢继峰,朱石坚,曾晓华;一种大规模数字I/O通道的扩展方法[J];海军工程大学学报;2003年05期
10 敖凯军,冯雷星,汪洋;高性价比的多通道高速数据采集系统的设计与实现[J];测控技术;2004年07期
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1 范迪;曹茂永;梁慧斌;孙农亮;;一种多通道对准的时序配合方法及其应用[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
2 胡刘洋;胡善清;龙腾;;多通道高速数据采集系统设计[A];第六届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2012年
3 赵锐;王亚海;李龙;;多通道宽带实时信号滤波系统软件的设计与实现[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
4 赵前程;丁兴号;邓善熙;;用双标准件标定多通道灵敏度的方法研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
5 王智伟;顾瑞英;刘咸定;;变地域暖风机多通道空气流动数值模拟[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集(2)[C];2004年
6 申宁馨;彭承琳;;多通道表面等离子体子共振传感器的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
7 李健;;多通道自动协调加载系统发展研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
8 赵玉刚;陈章位;;多通道实时信号分析及应用[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
9 延昊;吴门新;刘桂青;李娟;;利用MODIS的多通道信息估计中纬度降雨[A];中国气象学会2006年年会“卫星遥感技术进展及应用”分会场论文集[C];2006年
10 刘茂国;丁丹;王豫生;;多通道信号采集系统设计[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年
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1 杨桃丽;星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D];西安电子科技大学;2014年
2 崔冬;多通道脑电信号建模及同步分析[D];燕山大学;2011年
3 屈有山;多通道光学成像系统数据处理技术的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2004年
4 周雷激;基于多通道光纤模式滤光检测的新型化学与生物传感理论与应用研究[D];湖南大学;2002年
5 张丹;基于稳态诱发电位的多通道选择性注意研究[D];清华大学;2010年
6 孙鑫;可见光多通道目标探测技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
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1 王斐;基于情境感知的多通道交互框架[D];上海交通大学;2009年
2 廖丹;基于武汉用户的汽车多通道交互界面研究[D];武汉理工大学;2010年
3 崔成龙;多通道笔式交互中通道相关性的研究[D];沈阳工业大学;2014年
4 王春磊;多通道无线数据收发器研究与设计[D];北方工业大学;2012年
5 马洪宾;整体式多通道内气液分布研究[D];天津大学;2009年
6 刘超奇;多通道管道变形检测数据分析算法及软件系统[D];北京化工大学;2009年
7 李希秀;基于多通道数字手的三维网站交互设计及用户体验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 陈江林;多通道超声波桩基检测仪的设计与实现[D];中国科学院大学(工程管理与信息技术学院);2013年
9 施华南;一种多通道核酸检测仪的研制[D];东南大学;2005年
10 李莹莹;基于经络的多通道人体信息检测仪的研制[D];哈尔滨工业大学;2008年
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