用于饮用水中痕量锰浓度检测的波导的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种用于饮用水中痕量儘浓度检测的波导。
【背景技术】
[0002] 儘是人体及动植物所必需的微量元素之一，但摄入过量的儘则会对机体产生不良 作用。儘可通过水和食物进入人体，在肝、肾、脑等器官组织富集，并对人的呼吸、神经和生 殖系统产生不同程度的损害。
[0003] 因此，对水中儘含量的检测，对于保证人体健康具有重要的意义。
[0004] 目前检测水中儘含量的常用方法有W下几种：原子吸收法，可直接用于水中儘的 测定，由于该方法具有抗干扰、灵敏度较高、准确性好等特点，已在环保、沿金医药等行业中 广泛应用，但其测定过程技术要求较高，所用仪器需要有儘的试样溶液的雾化装置，检测成 本较高。甲醒朽法应用较广，在国际上已成为标准的分析方法之一。但是甲醒朽法所用的试 剂不便于保存。高舰酸钟氧化法选择性较好，经常被采用，但灵敏度较低，无法使用于饮用 水中痕量儘浓度的检测。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的发明目的在于提供一种波导，可用于饮用水中痕量儘浓度检测，操 作方便。
[0006] 实现本实用新型发明目的的技术方案：
[0007] -种用于饮用水中痕量儘浓度检测的波导，其特征在于:平板玻璃、玻璃垫圈、玻 璃衬底由上至下组装在一起;平板玻璃的上表面沉积有上层金属膜，玻璃衬底的上表面沉 积有下层金属膜;玻璃垫圈开有样品入口和样品出口，玻璃垫圈内的空间即为样品室。
[000引上层金属膜的材料为银，上层金属膜的厚度为35nm。
[0009] 平板玻璃的材料为光学玻璃，其厚度为300WI1。
[0010] 玻璃垫圈的材料为光学玻璃，其厚度约为500WI1。
[0011] 下层金属膜的材料为银，其厚度约为200nm。
[0012] 玻璃衬底的材料为光学玻璃，其厚度为lOOOwii。
[0013] 本实用新型具有的有益效果：
[0014] 本实用新型波导由平板玻璃、玻璃垫圈、玻璃衬底由上至下组装在一起;平板玻璃 的上表面沉积有上层金属膜，玻璃衬底的上表面沉积有下层金属膜;玻璃垫圈开有样品入 口和样品出口，玻璃垫圈内的空间即为样品室。上层金属膜的材料为银，上层金属膜的厚度 为35nm。平板玻璃的材料为光学玻璃，其厚度为300WI1。玻璃垫圈的材料为光学玻璃，其厚度 约为500WI1。下层金属膜的材料为银，其厚度约为2(K)nm。玻璃衬底的材料为光学玻璃，其厚 度为1000M1。检测时，先利用强氧化剂将饮用水中的儘离子氧化成紫红色的离子作为 样品，利用蠕动累将上述样品输出波导的样品室；用激光照射波导的表面，用CCD接收反射 光，通过CCD探测黑线中屯、处的灰度，计算获得痕量儘浓度。本实用新型波导结构的设计、参 数的选择，能够保证具有最佳的检测效果。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型波导的装配示意图。
【具体实施方式】
[0016] 如图1所示，平板玻璃1、玻璃垫圈2、玻璃衬底3由上至下组装在一起;平板玻璃1的 上表面沉积有上层金属膜，玻璃衬底3的上表面沉积有下层金属膜4;玻璃垫圈2开有样品入 口 5和样品出口 6,玻璃垫圈2内的空间即为样品室。上层金属膜的材料为银，上层金属膜的 厚度为35nm。平板玻璃1的材料为光学玻璃，其厚度为300皿。玻璃垫圈2的材料为光学玻璃， 其厚度约为500WI1。下层金属膜4的材料为银，其厚度约为200nm。玻璃衬底3的材料为光学玻 璃，其厚度为1000皿。
[0017] 检测时，首先，利用显色盒中的比色皿加入含儘的饮用水，在憐酸溶液（浓度为 2.3mol/L)中，加入高舰酸钟与儘发生灵敏的显色反应，生成紫红色高儘酸盐，即将饮用水 中的儘离子氧化成紫红色的离子，作为样品备用;显色过程中还原性物质及氯离子会 干扰显色，必须事先除去，Fe 3+会使溶液呈黄色，利用出P〇4红色的掩蔽饮用水中的Fe3+。
[0018] 利用蠕动累将上述样品输出波导的样品室；
[0019]用波长为532nm的激光照射波导的表面，激光的发散角小于0.3mrad。反射光由CCD 探测元件接收，因激光具有纳米量级的线宽和发散角，通过预先设计，在入射角附近能确保 激发一个超高阶导模，由于超高阶导模的激发，反射光中将出现因衰减全反射(ATR)而出现 的吸收黑线。
[0020] ATR吸收峰的极小值Rmin由下式给出：
[0021]
[0022] 其中，Im护)表示本征损耗，本征损耗与样品的消光系数K密切相关，Im( A护)表示 福射损耗。护=k日n日Sin目为导模传播常数，而k〇 = 23iA为空气中的传播常数，n日为空气折射 率，目为入射角。当本征损耗等于福射损耗Im(护）= Im( A护)时，有Rmin = OsRmin = O也是实验 的初始条件(样品为水溶液，儘的浓度为零）。溶液中儘的浓度增加时，由于消光系数K的大 小正比于样品的浓度，引起本征损耗Im(护）的增加，从而使Rmin变大。因此，可通过CCD探测 黑线中屯、处的灰度Rmin,计算可得痕量儘浓度，Rmin变化的标尺可通过标准溶液的测量确定。
[0023] 假设入射激光的波长A = 532nm，上层金属膜的介电系数ei = -10.5+i0.8,厚度hi = 35加1，平板玻璃的折射率112 = 1.50，厚度为h2 = 300wii，玻璃垫圈和样品室的厚度h4 = h3 = 500凹1，下层金属膜的介电系数￡5 = Ei =-10.5+10.8,厚度hs = 200皿。初始样品的折射率m = 1.3342,在不含儘情况下，样品折射率的虚部为0 ,是无色透明的液体。若激光在波导表 面的中屯、入射角定为01。= 4.56*\则由计算可得衰减全反射(411〇曲线，41则重底的反射率 Rmin -0。若是实验，则在反射光中显现一灰度最大的黑线。随着儘浓度的增大，由于与显色 剂的作用，颜色由浅变深，表明样品折射率的虚部(消光系数K)由0逐渐变大，CCD探测到的 黑线的灰度也由大变小(Rmin由小变大）。若W 1 %的反射率变化作为CCD探测器的分辨率，贝U 可探测到消光系数变化Ak = 1(T6。在实际的探测中，已实现O.Uig/L的检测分辨率。
【主权项】
1. 一种用于饮用水中痕量锰浓度检测的波导，其特征在于:平板玻璃、玻璃垫圈、玻璃 衬底由上至下组装在一起;平板玻璃的上表面沉积有上层金属膜，玻璃衬底的上表面沉积 有下层金属膜;玻璃垫圈开有样品入口和样品出口，玻璃垫圈内的空间即为样品室。2. 根据权利要求1所述的波导，其特征在于:上层金属膜的材料为银，上层金属膜的厚 度为35nm。3. 根据权利要求2所述的波导，其特征在于:平板玻璃的材料为光学玻璃，其厚度为300 um〇4. 根据权利要求3所述的波导，其特征在于:玻璃垫圈的材料为光学玻璃，其厚度为500 um〇5. 根据权利要求4所述的波导，其特征在于:下层金属膜的材料为银，其厚度为200mn。6. 根据权利要求5所述的波导，其特征在于：玻璃衬底的材料为光学玻璃，其厚度为 ΙΟΟΟμπ?ο
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于饮用水中痕量锰浓度检测的波导，其特征在于：平板玻璃、玻璃垫圈、玻璃衬底由上至下组装在一起；平板玻璃的上表面沉积有上层金属膜，玻璃衬底的上表面沉积有下层金属膜；玻璃垫圈开有样品入口和样品出口，玻璃垫圈内的空间即为样品室。
【IPC分类】G01N21/552, G01N21/03
【公开号】CN205374304
【申请号】CN201520938109
【发明人】冉茂武, 曹庄琪, 宋谋胜, 樊丽娟, 张 杰
【申请人】铜仁学院
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年11月24日