第32卷，第11期 2012年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 32,No. 11,pp2929-2934 November,2012
基于光纤SPR光谱分析的水质矿化度检测研究
冯李航，曾捷，梁大开，，刘宏月
南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京210016
摘要从溶液离子影响表面等离子体其振(SPR)光谱特征的角度，分析讨论了光纤SPR光谱对水溶液离子成分检测的灵敏特征，基于此并应用于以矿化度为代表的水质检测中。研究通过对不同离子状态的电解质溶液（NaCI，KCI，CaCls，MgCls，Na;CO,，MgSO,和ZnSO,）和非电解质溶液（蔗糖、丙三醇、葡翻糖）下的光纤SPR光谱分析，得到水环境的杂质高子含量对SPR光谱的影响规律，进而实现了水质矿化度的检
有高灵敏度、快速响应、抗电磁干扰等优点，对光纤SPR技术在水质检测领域的应用打下良好的基础。
关键调光纤传感器；表面等高子体共振(SPR)；光谱分析；矿化度检测中图分类号：0657.3
文献标识码：A
引言
DOI: 10. 3964/j. issn, 10000593(2012)11-2929-06
感器，有高灵敏度、体积小、抗电磁干扰、快速响应等优点，对传感器表面待测介质成分的微小变化响应灵敏，适用于研究各类介质溶液的物理化学现象(%.6)
随着水工程事业的发展，人们对水质检测与分析的准确性、快速性、实时性的要求愈来愈高。在生活伙用水、农业用水、水文地质研究等水质检测中，常用矿化度（totaldis-solvedsolids，TDS为烘干态）即水中可溶性无机盐成分含量，作为评价水质的一项重要指标[1."，对人们日常的生产和生活有着重要影响，如经常饮用低矿化度的水会破坏人体内的离子平衡，产生病变，而饮水中矿化度过高又会导致结石病因此，水矿化度的检测和分析有着重要的意义。
通带，矿化度采用测量水中可溶性盐离子总量来表示，主要检测方法"有；称重法，离子交换法，阴阳离子加和法，电导率分析法等。称重法在(105土3)C水浴烘干，该法原理简单，但操作时间过长。离子交换法采用阳离子树脂定量出水中阴离子含量，选择性好，可分离作业，但其耗时长且累杂。阴阳离子加和法以求水中8大可蒂性离子（Na+，K+， Mg2+，Ca2+，CI-，SO-，HCO,，CO}-）含量之和表示矿化度，该法精度高，但其采用不同的方法定量出各个高子，复杂且不经济。电导率分析法有普适性强，稳定性好等优点，但常需根据量程更换电极，高浓度下的检测精度也不高。面将表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance，SPR）传感技术与低能量消耗的光纤传输技术有机结合的光纤SPR传
为了弥补上述方法的不足，本文将SPR技术引人到水质检测领域，通过研究不同电解质溶液和非电解质溶液下的光纤SPR光谱，得到水环境主要杂质离子对SPR光谱的影响规律，进面实现水矿化度参量的检测。研究为水矿化度检测提供一种新的方法，对SPR技术在水质检测和分析领域的应用打下良好的基础。
理论分析
光纤SPR传感原理
1.1
光纤SPR传感原理以光纤为SPR激励结构，如图1为本文所用模型，人射光在纤芯与金属膜界面发生衰减全反射，其本质是使人射光子动量提高以穿透金属膜，快逝波
Cladding Core A
Fig.1
4D
SPW
KanogalfFilim Dielectrie5,
Sensor area
Mirrorarea
Structural model of fliber-optic SPR sensor
收稿日期：2012-04-30，修订日期：2012-07-10
基金项目：国家自然科学基金项目（51161120326，60907038），江苏省科技计划项目（BE2011181)，中国博士后科学基金项目（20090461116）
和江苏省博土后资助计划项目(1001010B)资助
作者简介：冯李航，1987年生，南京航空航天大学航空宇航学院硕士研究生
e-mail, liangdk@nuaa. edu. cn
·通讯联系人
万方数据
e-mail, fenglihang330@163,com