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随着信息社会的发展,传感器技术作为高新信息技术,其重要作用日益显著。光纤传感技术是随着光纤及光通信技术进步而发展起来的一种综合光电子、计算机、软件等多学科知识的先进传感测控技术,是传感领域的主流发展方向。物质的折射率作为一个十分重要的基本物理参量,反映了物质内部的多种信息。光纤折射率传感器作为一种重要的光纤传感器,不仅可直接用于物质折射率的监测,而且在医学诊断、环境保护、食品生产、公共安全与反恐国防等多个重要领域均有广泛的应用。近年来,基于折射率传感的光纤生化探测技术等一直是国际上的研究热点。
本论文从理论上推导出基于光纤端面菲涅耳反射原理的折射率测量公式,设计了一套光纤传感器,并将其首次用于表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)、化学酸碱滴定和各种特定溶液密度的测量,为光纤传感技术在化学、物理参量测量的新应用作出了有意义的尝试,为光纤传感技术和化学、物理测试的交叉结合发展提供了一种新的参考方向。具体说来,本文的主要工作以及创新点包括:
1、将光纤折射率传感器首次应用于表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)的测量,测定了有代表性的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)与阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在25℃下的CMC分别为8.05×10-3mol/L和9.11×10-4 mol/L,与文献值比较,结果相当吻合。对在各种条件下两种阴阳离子表面活性剂的CMC进行了进一步研究,实验结果表明随温度升高,CMC升高；随着无机盐NaCl的加入,CMC明显降低；随着乙醇的加入,CMC升高。以上结果均与以往文献报道的规律一致。证实了本实验方法的环境适用性好,准确度高,稳定性好。
2、将光纤折射率传感器首次应用于酸碱滴定分析,可准确地测得待测溶液中待测组分的含量。此方法适应于酸碱互滴,只需少量样品；在待测样品浓度较低时,采用浓度高的滴定剂效果更佳；与传统的PH滴定方法等比较,本方法无需添加终点指示剂,可实现实时监控；可应用于二元酸碱的滴定分析；光纤折射率传感器系统稳定性和准确性测试效果良好,对HNO3、NaOH进行测定RSD分别为0.23％和0.28％。
3、将光纤折射率传感器首次应用于己知溶质成分时溶液密度的测量。分别测定了NaCl和KNO3溶液在恒定温度(20℃)下不同浓度时的折射率,进一步推出溶液的密度。应用此方法对NaCl和KNO3溶液分别进行密度测量,实验结果与理论十分吻合,测量精度可达到10-5 g/ml量级。在不同温度下用本方法对NaCl和KNO3溶液进行密度测量,实验结果与文献值一致,证实了本方法对测试环境的适用性强。对本方法进行了稳定性测试,效果良好。