光波导传感器在气体检测中的应用进展
Application Progress of Optical Waveguide Sensor in the Gas Detection
DOI: 10.12677/jsta.2013.11001, PDF, HTML,  被引量 下载: 3,901  浏览: 23,211 
作者: 姑丽各娜 买买提依明 *, 热娜古丽 阿不都热合曼*:喀什师范学院化学与环境科学系,喀什市;阿布力孜 伊米提:新疆大学化学化工学院,乌鲁木齐市
关键词: 玻璃光波导传感器气体检测挥发性有机物有毒气体Glass Optical Waveguide; Sensor; Gas Detection; Volatile Organic Compounds; Toxic Gases
摘要: 有效检测易燃、易爆、有毒、有害气体及时掌握污染发生和发展实况,并对污染进行有效控制,需要高灵敏度检测方法。气体传感器是气体检测系统的核心,作为传感技术的一个重要分支光波导传感器以独特的优势同样受到了广泛重视。本论文介绍了光波导传感器在检测有毒气体中的原理和制作方法,并且对利用光波导传感器方法来检测有害气体的最新研究成果进行综述。  In order to determine flammable, explosive, toxic and harmful gases, and to grasp the occurrence of pollution and its development and control effectively, there is a need for highly sensitive detecting method. The gas sensor is a core of the gas detecting system. The optical waveguide (OWG) sensor is an important branch of the sensor technology, and attracts considerable attention with its unique qualities. This paper introduces the principle and making method of optical waveguide sensor in the detection of toxic gases, and latest research results of the optical waveguide sensor that detecting harmful gases are reviewed.
文章引用:姑丽各娜买买提依明, 热娜古丽阿不都热合曼, 阿布力孜伊米提. 光波导传感器在气体检测中的应用进展[J]. 传感器技术与应用, 2013, 1(1): 1-8. http://dx.doi.org/10.12677/jsta.2013.11001

参考文献

[1] [1] P. L. Smock, T. A. Orofino, G. W. Wooten, et al. Vapor phase determination of blood ammonia by an optical waveguide te-chinque. Analytical Chemistry, 1979, 51(4): 505-506.
[2] [2] J. F. Guilian, H. Wohltjen and N. L. Jarvis. Reversible optical waveguide sensor for ammonia vapors. Optics Letters, 1983, 8(1): 54-56.
[3] [3] H. Ablat, A. Yimit, M. Mahmut, et al. A Nafion gilm/K+-ex- changed glass optical waveguide sensor for BTX detection. Ana¬lytical Chemistry, 2008, 80(20): 7678-7683.
[4] [4] R. Kadir, A. Yimit, H. Ablat, et al. Optical waveguide BTX gas sensor based on poly acrylate resin thin film. Environmental Science Technology, 2009, 43: 5113-5116.
[5] [5] R. Abdurahman, A. Yimit, H. Ablat, et al. Optical waveguide sensor of volatile organic compounds based on PTA thin film. Analytica Chimica Acta, 2010, 658(1): 63-67.
[6] [6] R. Bernini, S. Campopiano, L. Zeni, P. M. Sarro. ARROW op- tical waveguides based sensors. Sensors and Actuators B: Che- mical, 2004, 100: 143-146.
[7] [7] H. Hisamotoa, K.-H. Kimb. Y. Manabea, et al. Ion-sensitive and selective active waveguide optodes. Analytica Chimica Acta, 1997, 342: 31-39.
[8] [8] M. Puyol, I. Salinas, I. Garces, et al. Improved integrated wave¬guide absorbance optodes for ion-selective sensing. Analytical Chemistry, 2002, 74(14): 3354-3361.
[9] [9] P. J. Skrdla, S. S. Saavedra, N. R. Armstrong, et al. Sol-gel- based planar waveguide sensor for water vapor. Analytical Chemistry, 1999, 71(7): 1332-1337.
[10] [10] V. J. Cadarso, C. Fernndez-Snchez, A. Llobera, M. Darder, et al. Optical biosensor based on hollow integrated waveguides. Ana¬lytical Chemistry, 2008, 80(9): 3498-3501.
[11] [11] K. T. Kim, I. S. Jung, J. P. Mah and K. R. Sohn. Investigation of the fiber-to-planar waveguide coupler as a sensor for measuring the optical properties of metal films. Sensors and Actuators A, 2005, 117: 82-87.
[12] [12] R. A. Potyrailo, S. E. Hobbs and G. M. Hieftje. Optical wave- guide sensor in analytical chemistry today’s instrumentation ap- plications and trends for future development. Fresenius Journal of Analytical Chemistry, 1998, 362: 349-373.
[13] [13]初凤红, 韩秀友 , 庞扶飞等 . 集成光波导传感器的研究进展 [J].激光与光电子学进展 , 2006, 43(3): 21-27.
[14] [14] W. Lukosz. Integrated optical chemical and direct biochemical sensors. Sensors and Actuators B, 1995, 29: 37-50.
[15] [15]西元浩等. 集成光路 [M]. 北京: 科学出版社 , 2004: 152-159.
[16] [16]方俊鑫, 曹庄琪, 杨傅子. 光波导技术物理基础[M]. 上海: 上海交通大学出版社 , 1987: 2-3.
[17] [17] D. Toomre, D. J. Manstein. Lighting up the cell surface with evanescentwave microscopy. Tends in CellBiology (S0962-8924), 2001, 11(7): 298-303.
[18] [18] G. J. Veldhuis, O. Parriaux, H. J. W. M. Hoekstra, et al. Sensitiv- ity enhancement in evanescent optical waveguide sensors. Light- wave Technology, 2000, 18(5): 677-682.
[19] [19] L. Yang, S. S. Saavedra and N. R. Armstrong. Sol-gel based planer waveguide sensor for gaseous iodine. Analytical Chemistry, 1996, 68(11): 1834-1836.
[20] [20] M. Zourob, S. Mohr, B. J. Trevers Brown, et al. The develop¬ment of a metal clad leaky waveguide sensor for the detection of particles. Sensors and Actuators B, 2003, 90(1-3): 296-297.
[21] [21] R. G. Hunsperger. Integrated optics: Theory and technology. Berlin: Springer, 1995, 4:91-92.
[22] [22]潘小青, 刘庆成 . 气体传感器及其发展 [J].东华理工学院学报, 2004, 27(1): 89-93.
[23] [23]吴玉锋, 田彦文 , 韩元山等 . 气体传感器研究进展和发展方向[J].计算机测量与控制 , 2003, 11(10): 731-734.
[24] [24]阿不都卡德尔 •阿不都克尤木 , 阿布力孜 •伊米提 . 基于硫堇掺杂的聚乙烯醇薄膜的光波导传感器检测硫化氢气体 [J].应用化学, 2010, 27(8): 960-964.
[25] [25]阿不都卡德尔 •阿不都克尤木 , 肖开提•阿布力孜 , 阿布力孜•伊米提 . 高灵敏光波导传感器检测 H2S气体[J].传感技术学报, 2007, 20(9): 1937-1939.
[26] [26] A. Abdukayum, A. Yimit, M. Mahmut1, et al. A planar optical waveguide sensor for hydrogen sulfide detection. Sensor Letters, 2007, 5: 1-3.
[27] [27]热娜古丽 •阿不都热合曼 , 阿布力孜 •伊米提. 光波导传感元件在检测酸性气体中的应用[J].化学研究与应用, 2012, 24(3): 395-399.
[28] [28] A. V. Leontiev, D. M. Rudkevich. Revisiting noncovalent SO2-amine chemistry: An indicator—Displacement assay for colori¬metric Ddetection of SO2. Journal of the American Chemical Society, 2005, 127(41): 14126-14127.
[29] [29]温维丽, 黄济民 . 碘量法与非分散红外吸收法测定二氧化硫浓度的对比 [J].环境研究与监测 , 2009, 22(3): 51-53.
[30] [30]沙代提古丽•买合苏提, 海日沙•阿布来提, 阿达来提•阿不都热合曼等. 碱性品红薄膜光波导传感元件检测二氧化硫气体的研究[J].化学传感器 , 2010, 30(2): 47-51.
[31] [31]麦麦提依明•马合木提, 阿达来提•阿不都热合曼, 玛丽娅•马木提等. 掺杂三乙醇胺铜配合物的 PVA复合薄膜 /K+交换玻璃光波导器件检测 SO2气体[J].传感技术学报 , 2008, 21(10): 1665-1668.
[32] [32]买里克扎提•买合木提, 麦麦提依明•马合木提, 玛丽娅•马木提等. 光波导元件检测二氧化硫气体的方法研究[J]. 光谱实验室, 2008, 25 (3): 435-439.
[33] [33]王玉平, 李晶. 环境空气氮氧化物的测定 Saltzman法[J].中国环境监测 , 1995, 11(6): 2-4.
[34] [34]何振江, 杨冠玲 , 艾锦云等 . 低浓度氮氧化物的化学发光和检测[J].光电工程 , 2004, 31(8): 27-29.
[35] [35]应波, 李淑敏 , 岳银玲. 离子色谱法同时测定空气中的二氧化硫和二氧化氮 [J].中国预防医学杂志 , 2006, 7(2): 137-138.
[36] [36]阿达来提•阿不都热合曼, 麦麦提依明•马合木提, 海日沙•阿不来提等 . 氮氧化物光波导传感元件的研究 [J].化学传感器 , 2010, 30(4): 54-57.
[37] [37]玛丽娅•马木提, 麦麦提依明•马合木提, 买里克扎提•买合木提等. 光波导二氧化氮气敏传感元件的研究[J].影像科学与光化学, 2010, 28(2): 104-110.
[38] [38]迪丽拜尔 •阿合买提 , 肖开提•阿布力孜 , 阿布力孜 •伊米提 . 基于玻璃光波导检测氯化氢气体方法的研究 [J].新疆大学学报(自然科学版 ), 2007, 24(2): 200-203.
[39] [39]麦麦提依明 •马合木提 , 阿布力孜 •伊米提 , 肖开提 •阿布力孜 . 刚果红交联聚乙烯醇薄膜 /K+交换玻璃光波导检测氯化氢气体[J].分析化学研究简报 , 2008, 36(10): 1435-1439.
[40] [40]艾拜拉•热合曼, 阿斯娅•克里木, 帕提曼•亚森等. MB-硬脂酸复合薄膜光波导传感器检测氯化氢气体 [J].高等学校化学学报, 2012, 33(10): 2173-2177.
[41] [41]秦宏兵, 顾海东 , 尹燕敏 . 吹扫捕集气相色谱质谱法测定土壤中挥发性有机物 [J].中国环境监测 , 2009, 25(4): 39-41.
[42] [42] S. V. Patel, T. E. Mlsna, B. Fruhberger, et al. Chemicapacitive microsensors for volatile organic compound detection. Sensors and Actuators B, 2003, 96: 541-543.
[43] [43]杜振辉, 翟雅琼 , 李金义等 . 空气中挥发性有机物的光谱学在线监测技术 [J].光谱学与光谱分析 , 2009, 29(12): 3199¬3203.
[44] [44]张覃轶, 谢长生 , 李登峰等. 基于纳米 ZnO气体传感器阵列的乙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯的识别研究 [J]. 传感技术学报, 2006, 19(3): 552-554.
[45] [45] Y. Ueno, T. Horiuchi, T. Morimoto, et al. Microfluidic device for airborne BTEX detection. Analytical Chemistry, 2001, 73(19): 4688-4690.
[46] [46]彭夫敏, 谢品华 , 邵士勇等 . 差分吸收光谱法对大气中挥发性有机物光化学作用指示剂的监测与反演 [J].光谱学与光谱分析, 2008, 28(3): 507-511.
[47] [47]郑光云, 侯健, 蒋洁敏等. 非平稳态等离子体降解流动态低浓度甲苯气体的研究 [J].复旦学报 (自然科学版), 2001, 40(4): 364-367.
[48] [48] R. S. Khadayate, J. V. Sali and P. Patilp. A cetone vapor sensing properties of screen printed WO3 thick films. Talanta, 2007, 72(3): 1077-1081.
[49] [49] V. K. Sharma, D. Mohan and P. D. Sahare. Fluorescencequen¬ching of 3-methyl 7-hydroxyl coumarin in presence of acetone. Spectrochimica Acta A, 2007, 66(1): 111-113.
[50] [50] I. Liska. Fifty years of solid-phase extraction in water analysis —Historical development and overview. Chromatography A, 2000, 885: 3-16.
[51] [51]艾拜拉•热合曼, 帕提曼•亚森, 帕提曼 •尼扎木丁等 . 硬脂酸复合薄膜光波导元件的气敏性研究 [J].传感技术学报 , 2012, 25(2): 162-165.
[52] [52] H. Abulaiti, A. Yimiti, D. Talifu, et al. Highly sensitive and se- lective NiO film/K+-exchanged glass composite optical wave- guide sensor for chlorobenzene vapor detection. Journal of Phys¬ics: ConferenceSeries, 2011, 307: 1-6.
[53] [53] P. Nizamidin, A. Yimit, J. D. Wang, et al. Optical properties and sensing applications of lithium iron phosphate thin films. Thin Solid Films, 2012, 520: 6250-6255.
[54] [54] P. Nizamidina, A. Yimit, A. Abdurrahmana, et al. Formaldehyde gas sensor based on silver-and-yttrium-co doped-lithium iron phosphate thin film optical waveguide. Sensors and Actuators B, 2013, 176: 460-466.
[55] [55] Y. Patime, Y. Abliz, R. Ebeyla, et al. Cyclodextrin polymer films optical waveguide sensor for volatile organic gas detection. Che- mical Research in Chinese Universities, 2012, 28(4): 1-4.
[56] [56]帕提曼 •亚森, 阿达来提 •阿不都热合曼 , 阿布力孜 •伊米提 . 杯芳烃薄膜光波导元件对挥发性有机气体的检测 [J].应用化学, 2011, 28(增刊): 269-270.
[57] [57]姑丽各娜•买买提依明 , 阿布力孜 •伊米提. NiO-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件及其对氯苯的气敏性研究 [J].喀什师范学院学报 , 2012, 5: 55-62.
[58] [58]米日古力 •莫合买提 , 阿斯娅•克里木 , 帕提曼•尼扎木丁等 . 溶胶–凝胶法制备氧化锌薄膜 /锡掺杂玻璃光波导及其气敏性研究[J].化学学报 , 2011, 69(15): 1840-1844.
[59] [59]姑丽各娜 •买买提依明 , 海日沙•阿不来提 , 阿布力孜 •伊米提 . In2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件及其气敏性研究[J].光电工程, 2011, 38(1): 107-111.
[60] [60]帕提曼•尼扎木丁 , 阿布力孜 •伊米提 . PVA薄膜光波导气敏元件及其应用研究 [J].高分子学报 , 2011, 4: 425-430.
[61] [61]米日古丽 •依明, 帕提曼 •尼扎木丁, 米日古力 •莫合买提等 . Y2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件及其气敏性 [J].中国稀土学报, 2011, 29(6): 754-758.
[62] [62]热娜姑丽•阿不都热合曼 , 阿布力孜伊米提 . 光波导传感元件及其对二甲苯的气敏性 [J].仪表技术与传感器 , 2010, 3: 6-8.
[63] [63]玛丽娅•马木提, 麦麦提依明•马合木提, 买里克扎提•买合木提等. 光波导乙醇气体传感器的研究 [J].影像科学与光化学 , 2008, 26(4): 285-290.
[64] [64]海日沙•阿不来提, 阿达来提•阿不都热合曼, 麦麦提依明•马合木提. 挥发性有机物气体光波导气敏元件的研究[J].化学传感器, 2009, 29(1): 32-35.
[65] [65]艾拜拉•热合曼, 帕提曼•亚森, 海日沙 •阿不来提等 . 硬脂酸复合薄膜光波导传感器检测苯乙烯 [J].化学传感器 , 2012, 32(1): 53-58.
[66] [66]热扎克•卡地尔, 海日沙•阿不来提 , 阿布力孜伊米提 . MB/ PVP薄膜光波导传感元件对甲醛的气敏性研究 [J].传感技术学报, 2009, 22(9): 1239-1242.
[67] [67]努尔比亚 •衣布拉音 , 海日沙•阿不来提 , 热扎克 •卡地尔等 . SnO2-La2O3复合膜 /玻璃光波导气敏元件与性能研究 [J].传感器与微系统 , 2010, 29(8): 12-14.
[68] [68]热娜姑丽•阿不都热合曼 , 阿布力孜伊米提 . 玻璃光波导传感元件及其在检测挥发性有机气体中的应用 [J].喀什师范学院学报, 2011, 32(3): 28-31.
[69] [69]阿不都卡德尔•阿不都克尤木, 如克亚•沙吾提, 阿布力孜•伊米提. 基于 K+交换平面光波导气体传感器检测丙酮蒸气 [J].传感器与微系统 , 2010, 29(1): 105-107.
[70] [70]米日古力•莫合买提 , 阿布力孜伊米提, 尤努斯江•吐拉洪. 氧化锌薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件及其对氯苯的气敏性研究 [J].分析化学研究简报 , 2011, 39(1): 120-124.
[71] [71]帕提曼•尼扎木丁 , 阿布力孜 •伊米提 , 米日古丽 •依明. 热处理对 LiFe1-0.01xY0.005xAg0.005xPO4薄膜光波导传感元件气敏性的影响[J].中国稀土学报 , 2012, 30(3): 343-349.
[72] [72]帕提曼 •尼扎木丁 , 阿布力孜 •伊米提, 米日古力 •莫合买提等 .钇掺杂对磷酸亚铁锂薄膜光波导传感元件气敏特性的影响 [J].分析化学研究报告 , 2011, 39(12): 1871-1876.
[73] [73]阿斯娅•克里木, 米日古力•莫合买提阿布力孜•伊米提. 聚丙烯酸钠薄膜/K+交换玻璃光波导元件的研制及其对苯乙烯蒸气的气敏性研究 [J].环境化学 , 2011, 30(9): 1553-1557.
[74] [74]热娜姑丽•阿不都热合曼 , 阿布力孜伊米提 . 二甲苯蒸气玻璃光波导传感元件的研制 [J].分析科学学报 , 2011, 27(5): 635¬638.
[75] [75]沙代提古丽 •买合苏提 , 热扎克 •卡地尔 , 阿布力孜 •伊米提 . SnO2薄膜光波导传感元件检测二甲苯蒸气 [J].环境化学, 2010, 29(4): 726-728.
[76] [76]阿不都卡德尔 •阿不都克尤木 , 麦麦提依明 •马合木提 , 买买提•阿不都拉等. 玻璃光波导元件检测氯仿蒸汽的研究 [J].微纳电子技术 , 2007, 7-8: 404-406.
[77] [77]姑丽各娜 •买买提依明 , 阿布力孜 •伊米提 . NiO-In2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导传感元件及其气敏性 [J].科学通报, 2012, 57(1): 47-51.
[78] [78]帕提曼•亚森, 艾拜拉•热合曼, 阿布力孜伊米提. 环糊精复合薄膜光波导元件的气敏性研究[J].光学技术, 2011, 37(5): 528-532.
[79] [79]郑春生, 张培, 王建清等. 室内空气中氨气快速测定方法的研究[J].《职业与健康》 , 2004, 20(5): 34-35.
[80] [80] P. Warneck. Chemistry of the natural atmosphere. San Diego: Academic Press Inc., 1998: 422-423.
[81] [81]郑建旭 , 管永川 , 冉慧丽 ,等. 氨气传感器的应用和研究进展 [J].化工新型材料 , 2010, 38(2): 6-8.
[82] [82] R. Klein, E. Voges. Integrated-optic ammonia sensor. Sensors and Actuators B, 1993, 11(1-3): 221-223.
[83] [83] C. R. Lavers, K. Itoh, S. C. Wu, et al. Planer optical waveguides for sensing applications. Sensors and Actuators B, 2000, 69(3): 85-86.
[84] [84] X. M. Chen, K. Itoh, M. Murabayashi, et al. A highly sensitive ammonia gas sensor based on an Ag+/K+ composite ion doped glas optical waveguide system. Chemistry Letters, 1963, (3): 103-104.
[85] [85] Z. M. Qi, A. Yimit, K. Itoh, et al. Composite optical waveguide composed of a tapered film of bromohymol blue evaporated on to a potassium ion-exchanged waveguide and its application as a guided wave absorption-based ammonia gas sensor. Optics Let- ters, 2001, 26(19): 629-630.
[86] [86] A. Yimit, K. Itoh and M. Murabayashi. A highly sensitive optical waveguide applied to ammonia sensor. Electochemistry, 2001, 69(11): 863-865.
[87] [87] A. Yimit, K. Itoh and M. Murabayashi. Detection of ammonia in the ppt range based on a composite optical waveguide PH sensor. Sensors and Actuators B, 2003, 88(1): 239-240.
[88] [88]迪丽拜尔 •阿合买提 , 艾尔肯•吐尔逊 , 肖开提•阿布力孜等 . 磷酸铁纳米薄膜复合光波导氨气传感元件的制备 [J].应用化学, 2010, 27(8): 965-969.
[89] [89]阿布力孜伊米提, 迪丽努尔•塔力甫, 艾尔肯•吐尔逊. 高灵敏复合光波导在检测臭氧的应用研究 [J].分析化学 , 2005, 33(11): 1663-1665