基于CdTe量子點(diǎn)檢測Cu2+的熒光傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，重金屬在河流、土壤、空氣中的污染也越來越嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)中的重金屬污染是由于使用被重金屬污染過的水源進(jìn)行農(nóng)作物灌溉所造成。重金屬被農(nóng)作物富集后，通過食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重影響人體健康。人體重金屬中毒會(huì)導(dǎo)致貧血、神經(jīng)錯(cuò)亂、智力下降、骨骼病變、身體縮短、骨骼畸形、全身疼痛、視野縮小、聽覺失靈、痙攣、驚厥、身體呈弓狀，孕婦中毒可致胎兒癡呆。由于部分重金屬離子危害性強(qiáng)，少量殘留就會(huì)對人體健康造成嚴(yán)重影響，所以探索超靈敏快

2、速準(zhǔn)確檢測的新方法對人類長期健康有至關(guān)重要的意義。農(nóng)業(yè)中的重金屬污染不僅會(huì)直接對人體健康會(huì)造成嚴(yán)重的影響，而且會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，因此研究重金屬的檢測對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)食品安全方面也具有重要的意義。本文運(yùn)用量子點(diǎn)熒光檢測方法，設(shè)計(jì)出熒光傳感器系統(tǒng)，為重金屬現(xiàn)場快速檢測提供一種便攜式儀器。熒光傳感器系統(tǒng)運(yùn)用了熒光淬滅技術(shù)、光電檢測技術(shù)、信號(hào)去噪技術(shù)和嵌入式技術(shù)，采用ARM9微處理器S3C2440A芯片，運(yùn)用嵌入式操作系統(tǒng)Lin

3、ux，實(shí)現(xiàn)顯示、通信和觸摸操作等功能。利用穩(wěn)定的激光作為激發(fā)光源，通過濾波片、聚光鏡等熒光采集光學(xué)附件制作出熒光傳感器光學(xué)系統(tǒng)；熒光傳感器系統(tǒng)中的模擬電路將熒光傳感器輸出的熒光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，再將電信號(hào)通過低通濾波放大電路進(jìn)行去噪放大；得到放大后的電壓信號(hào)通過信號(hào)采集處理數(shù)字電路進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的重離子濃度在裝置上顯示并可以傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計(jì)算機(jī)上。整個(gè)系統(tǒng)具有成本低、靈敏度高、簡便快速、小型便攜等特點(diǎn)。
　　 在

4、此基礎(chǔ)上，銅離子檢測原理可以描述如下。量子點(diǎn)在激發(fā)光源的照射下會(huì)發(fā)出特定波長的熒光信號(hào)，熒光強(qiáng)度會(huì)在加入一定量的特殊重金屬后發(fā)生變化。使用的量子點(diǎn)經(jīng)過特殊的官能基表面修飾后，對重金屬具有高選擇性。本文選擇在水溶液中具有發(fā)光性強(qiáng)和穩(wěn)定性好的CdTe量子點(diǎn)，對其表面進(jìn)行巰基修飾后，在檢測Cu2+時(shí)具有高度選擇性。加入的Cu2+會(huì)快速淬滅熒光，Cu2+的量和熒光強(qiáng)度變化之間的關(guān)系可以通過我們設(shè)計(jì)的光學(xué)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到，這個(gè)光學(xué)裝置可以由商業(yè)光

5、譜儀進(jìn)行深入驗(yàn)證。我們設(shè)計(jì)的熒光檢測系統(tǒng)內(nèi)置建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線后，實(shí)現(xiàn)了對Cu2+的檢測，最低檢測限達(dá)到42nmol/L。
　　 本文首先從熒光傳感器系統(tǒng)的前端熒光傳感器設(shè)計(jì)方面入手，介紹了熒光傳感器設(shè)計(jì)的各個(gè)部件；然后給出整個(gè)熒光傳感器系統(tǒng)的硬件電路原理圖，介紹了各個(gè)電路的功能作用；并介紹了熒光傳感器的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，涉及到嵌入式軟件方面。實(shí)驗(yàn)部分包括了量子點(diǎn)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)曲線測定實(shí)驗(yàn)和其他重金屬干擾實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)給