二氧化硫监测的光纤传感方法研究

54光　子　学　报37

卷

氧化多孔硅的光致发光峰相对猝灭值

(ΔFPL/ΔFmax)与SO2气体通入时间t的关系,发现SO2气体通入时间越长,ΔFPL/ΔFmax值越大,两者之间呈正向相关1由于实验条件一定时,SO2气体通入时间t越长,氧化多孔硅附近的SO2气体浓度增加并逐渐达到饱和,故认为SO2浓度与氧化多孔硅光致发光峰相对猝灭值之间也符合正向相关关系1

(b)分别为SO2浓度0～300ppm和图8中(a)、

0～10000ppm条件下多孔硅光致发光荧光猝灭过程中,荧光峰强度的计算值([F0]/[F]-1)与SO2浓度的关系曲线;当SO2浓度范围在0～300ppm时,Stern2Volmer方程相关系数为0.9137,KS数值为2E24;当SO2浓度范围在0～10000ppm时,Stern2Volmer方程相关系数为0.8893,KS数值为2E25;分析发现当SO2的浓度大于8000ppm时,多孔硅产生的荧光被SO2,([F0]-[F]-1,Stern2Volmer方程KS

图5　稳定化多孔硅传感SO2的可逆性

Fig.5　Reversibilityofstabilizedporoussilicon

实验初步证明,采用光化学氧化方法稳定的n型多孔硅在传感SO2过程中具有良好的可逆性1图6为氧化多孔硅光致发光峰强度随体积分数为100×10-6SO2气体通入时间t变化的情况1分析发现,改变SO2气体通入时间t,氧化多孔硅光致发光峰强度的下降幅度也随之变化;气体通入时间越长,其下降幅度越大,并逐渐接近多孔硅完全猝灭时光致发光峰强度变化值ΔFmax.但是,由于在停止通入SO2气体至开始通入N2,氧化多孔硅附近的SO2大值→减小的过程,极小值点,

ΔFPL1图7进一步给出

,采用光化学氧化n、蓝光LED激发光源和微型光纤光谱仪组成的传感系统用于SO2浓度监测的思路是切实可行的1

4　结论

理论与实验证明,电化学方法制备的n型多孔硅经光化学氧化处理后,结构中有部分Si2Hx键被Si2O键取代,使多孔硅在空气中的贮存性能显著提高;在SO2传感过程中,该光化学氧化的n型多孔硅表现出良好的稳定性、可逆性和光致发光特性,通过实验得出多孔硅发光对二氧化硫浓度的线性响应范围为10×10-6～10000×10-6,检测限为10×10-61

由于多孔硅结构简单、体积小巧、能够与蓝光LED激发光源、微型光纤光谱仪形成一种全固态的廉价便携式SO2浓度探测仪1

参考文献

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图6　SO2或N2气通入对多孔硅光致发光峰强度的影响

Fig.6　EffectofswitchingonSO2orN2gason

intensityof

photoluminescencepeakforstabilizedporoussilicon

施介宽.大气环境及其保护[M].第一版.上海:华东理工大学出版社,2001:52142.

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图7　氧化多孔硅光致发光峰相对猝灭值随SO2气体

通入时间的变化

Fig.7　Relativequenchingvaluesofphotoluminescence

peakwiththetimeofswitchingonSO2gasforstabilizedporoussilicon

Instrument,1998,(6):6215.

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