低成本便携式3D打印传感平台：用于水中汞离子（Hg2+）选择性检测的光纤技术

《Optical Fiber Technology》：Cost-effective, portable, and 3D-printed sensing platform for selective measuring of toxic mercury (II) ions in water

本文报道了一种基于光纤和3D打印技术的低成本便携式传感平台，该平台采用蚀刻单模-多模-单模（E-SMS）光纤结构，并通过壳聚糖/磁赤铁矿（CS/γFe2O3）纳米复合薄膜功能化，实现了对水中汞离子（Hg2+）的高选择性检测。该平台灵敏度达3.9 nm/(μg/mL)，检测限低至1 ng/mL（十亿分之一），成本仅约160美元，为偏远地区水质汞污染现场监测提供了 democratization（技术民主化）解决方案。

　　

Section snippets

Fundamentals

本研究提出的传感平台由相互连接的操作模块组成，专为检测、分析和解读传感器与水中汞（II）样品相互作用时的调制响应而设计；图1展示了该便携式传感平台的模块配置示意图。该架构采用基于光纤的系统，以LED作为光源，采用活化的E-SMS传感器进行探测，并配备了一个自制光谱仪（使用DVD光盘上的衍射光栅）...

Design and experimental setup

在设计和构建用于检测水中Hg²⁺离子的低成本便携式传感平台时，我们仔细考虑了基于LED的照明光源的特性参数以及商用DVD光盘中衍射光栅的参数。这些参数对于确定光谱仪的分辨能力至关重要，也是建立实施平台内E-SMS传感器所需实验装置的依据。

Results and Discussion

为了校准所设计的传感平台，我们使用宽带稳定卤钨灯光源（Thorlabs SLS201L，波长范围360 nm至2600 nm）作为照明模块。将衍射光栅旋转180°，步进0.2°，同时由微控制器记录光电探测器测得的频率。同时，使用EXFO FOT92A功率计测量每个角度位置的光照强度。

Conclusions

本研究介绍了一种基于光纤和光谱仪的低成本传感平台的设计、制作与评估，该平台用于检测水中低浓度的Hg²⁺离子。该平台在可见光谱范围内运行，采用灵敏的E-SMS传感器，包含五个模块：照明光源模块、传感器与样品模块、光谱仪模块、检测与处理模块以及可视化模块。本文描述了该传感架构的各个组成部分...