Оптические сенсоры волоконно-оптические

Рис. 32.7. Конфигурации биосенсоров на основе изменений спектров веществ при гомогенных реакциях, а сенсор с одни. оптическим во.юкпом б сенсор с пучком оптических волокон и реакционной зоной толщиной I.

Рис. 7.7-8. Волоконно-оптический сенсор для измерения поглощения света в растворе пробы. Световод состоит из одного волокна или из пучка волокон.

Таблица 7.7-6. Применения простых волоконно-оптических сенсоров

Простейший тип волоконно-оптического сенсора включает связь световода со спектрофотометром. Используя это устройство, можно измерить интенсивность окраски или флуоресценцию растворов либо биологического вещества. Чтобы проиллюстрировать применимость волоконно-оптических сенсоров, рассмотрим некоторые основные свойства волноводов. [c.506]

Достоинства и ограничения волоконно-оптических сенсоров [c.474]

Стоимость и рабочие характеристики оптических сенсоров зависят от типа используемого оптического волокна. Пластиковые волокна наиболее дешевы и безопасны, но они пригодны лишь при длинах волн выше 450 нм. Стеклянные волокна несколько дороже, но зато пригодны для измерений при длинах волн 380 нм. Для работы при длинах волн ниже 380 нм требуются дуговые лампы как источники света и существенно более дорогие волокна из плавленого кварца. Поэтому для снижения стоимости оптических сенсоров желательно использовать фазы иммобилизованных реагентов, оптические характеристики которых лежат в видимой области. Диаметры волокон обычно составляют от 50 до 200 мкм. [c.476]

Развитие оптических сенсоров стало возможным с появлением оптических волокон для видимого диапазона. Недавние достижения связаны с расширением спектрального диапазона, включающего волоконно-оптические сенсоры в УФ-, ближнем и среднем ИК-диапазонах. Помимо волоконно-оптических сенсоров представляют интерес также сенсоры на основе планарной оптики. [c.505]

В целом волоконно-оптические сенсоры генерируют оптический сигнал, пропорциональный концентрации определяемого вещества. [c.506]

В табл. 7.7-8 приведены другие примеры разработки волоконно-оптических сенсоров. [c.512]

Примеры применения простых волоконно-оптических сенсоров приведены в табл. 7.7-6. Если фотометрическое титрование на основе оптоэлектронного сенсора осуществить достаточно легко, то мониторинг химических процессов или грунтовых вод представляет значительно более сложную задачу. К примеру, возможно прямое детектирование органических соединений в грунтовых водах с помощью флуоресцентных измерений. Хотя нельзя определить индивидуальные вещества, качество воды можно контролировать, используя сочетание волоконной оптики, лазерного усиления и количественной спектроскопии комбинационного рассеяния. Такая система позволяет контролировать загряз- [c.507]

Обычные оптические волокна с трудом пропускают поляризованный свет, но недавние исследования показали, что использование специально подобранных стекол позволяет сохранять поляризацию при небольшой длине волокон. Для реализации принципа деполяризации флуоресценции можно было бы использовать конструкции сенсоров, аналогичные изображенным на рис. 32.7. [c.512]

ТИПОВ волоконных оптических сенсоров [17] и общие характеристики химических сенсоров на основе оптических волокон [24]. [c.474]

Таблица 7.7-А. Волоконно-оптические сенсоры с иммобилизованныш реагентами

Световоды соединяют со спектрофотометром как раздваивающиеся волокна (У-кабели). На рис. 7.7-8 показано типичное устройство простого волоконного сенсора для измерения поглощения в жидких пробах. Свет проходит по световоду в раствор пробы и направляется с помощью отражателя в другой световод к спектрофотометру. Оптический путь света составляет удвоенное расстояние между концом волокна и отражателем. [c.507]

В этой главе будут рассмотрены устройства, которые включают в себя фазу реагента, иммобилизованного на конце одного оптического волокна или пучка волокон. Взаимодействие определяемого компонента с иммобилизованным реагентом приводит к изменению оптических свойств слоя реагента, которое измеряют с помощью оптического волокна. Примером может служить рН-сенсор, полученный иммобилизацией кислотно-основного индикатора на конце пучка оптических волокон. [c.473]

Применение волоконно-оптических сенсоров не ограничено измерением pH. Разработаны оптоды-для катионов, анионов, газов, органических соединений и дли изм екия ионной силы (та бл. 7.7-8). Сенсоры, основанные на погЖ)щении и отражении, менее распространены, чем флуоресцентные сенсоры, благодаря более высокой чувствительности последних. [c.511]

Оптические. В оптических сенсорах спектроскопическое определение связано с химической реакцией. Оптические сенсоры часто называют оптодами, и в будущем применение оптических волокон будет повсеместным. Оптические измерения используются во многих биосенсорах. В зависимости от типа оптических сенсоров в них измеряют поглощение, отражение или люминисценцию. [c.710]

Во втором проекте используется кварцевый волоконный волновод (рис. 17.9) его можно поместить в капилляр, позволяющий быстро ввести определенный объем пробы. Реагенты иммобилизуют на поверхности волсжта, а флуоресценцию измеряют са стороны входа света. Эта система характеризуется высокой чувствительностью, обусловленной многократным внутренним отражением. Применение более тонкого и (или) более длинного волновода повышает чувствительность пропорционально числу отражений см. уравнение (17.6)). В этом аспекте волокна весьма выгодны, так как изготовление тонких волокон с высокими оптическими характеристиками не представляет затруднений, а вся наружная поверхность волокна может использоваться как сенсор. Определенные проблемы могут возникать при обращении с волоконными волноводами, в частности при их установке в приборе. [c.252]

Что касается перспектив, то устройства на основе полного внутреннего отражения (в частности, оптические волокна) могут найти широкое применение в анализах in vivo и in vitro, если только удастся резко сократить продолжительность анализа (от часов до минут) при адекватной чувствительности. Волоконная оптика уже широко применяется в хирургии, офтальмологии (например, в эндоскопии) и для определения важных характеристик организма in vivo (например, кровяного давления, pH и концентрации кислорода в крови), что обусловлено небольшим диаметром волокон, их гибкостью и способностью проводить свет. Устройства на основе полного внутреннего отражения, используемые в иммуноанализе, должны быть, кроме того, химически инертными, биосовместимы-ми. Себестоимость соответствующих аналитических систем может быть настолько низкой, что они смогут успешно конкурировать с другими системами анализа. Для этого, однако, нужно сначала решить две проблемы во-первых, найти способ стерилизации устройств без разрушения антител и, во-вторых, найти пути применения системы для непрерывного контроля концентраций веществ. Последняя проблема обусловлена тем обстоятельством, что константа сродства антител чрезвычайно высока, и поэтому связывание практически необратимо, в силу чего сенсор не может быстро реагировать на снижение концентрации антигена. [c.254]

Оптические сенсоры. Приблизительно 5% химических сенсоров составляют оптические сенсоры, в том числе устройства, использующие волоконно-оптическую технологию. Наибольший интерес среди оптических сенсоров привлекают оптоды, уникальность которых была показана в середине 70-х гг. на примере контроля химических процессов в атомной промышленности, связанных с высоким уровнем радиоактивности, с расстояния до нескольких сотен метров. Дальнейшее развитие работ в этой области было связано с разработкой методов ковалентного [c.471]

Описанный в гл. 32 волоконно-оптический биоаффинный глюкозный сенсор с конканавалином А в качестве связывающего агента испытывали на собаках в кровепроточной камере [32]. Сигналы сенсора удовлетворительно соответствовали концентрациям глюкозы, оцениваемым обычным методом, но через 2 ч начинали давать пониженные значения. Авторы приписывают этот эффект падению температуры и pH крови за время опыта. [c.302]

Вместе с лазерами интенсивно развивается волоконно-оптическая техника [25], причем основным стимулом здесь является быстрое расширение производства оптических систем коммуникации. Именно комбинация лазерной и во.локонно-оптической технологий является предпосылкой разработки нового поколения оптических сенсоров, которые позволят применять многие существующие оптические методы в ситуациях, ранее считавшихся неприемлемыми или неподходящими для оптических методов анализа или контроля. [c.538]

Миниатюризация аналитических приборов, основанных на регистрации света, с помощью систем волоконной оптики предоставляет неисчерпаемые возможности для использования в биосенсорах. Быстрое развитие оптикоэлектронных приборов твердотельных лазеров, интегральных оптикоэлектронных схем, новых типов оптических волокон, соединителей, мультиплексеров-в будущем обещает миниатюризацию не только сенсоров, но и вообще измерительного оборудования. Кроме того, достижения молекулярной биологии и особенно белковой инженерии сделают возможным конструирование для биосенсоров специальных рецепторов с желаемыми характеристиками. Эти два направления приведут к появлению совершенно нового поколения высокоселективных миниатюрных, портативных, стабильных и недорогих биосенсоров, которые можно будет применять как в медицине, так и в промышленности. [c.516]

Рассеяние света давно является способом получения информации о размере, форме I составе частиц, однако в последние годы разработаны новые более мощные методы нализа, основанные на рассеянии лазерного света, которые, вероятно, найдут приме-[епие в волоконно-оптических сенсорах. В этой главе мы рассмотрим механизмы >ассеяния лазерного света частицами (размером от макромолекул до микроорганиз-юв и более крупными), использование этого явления для изучения размеров частиц, их )ормы и скорости движения, других потенциально полезных для биотехнолога араметров и затем обсудим, как эти методы могут быть воплощены в биосенсорах. [c.539]

Использование световодов в оптической спектроскопии в ряде случаев устраняет необходимость отбора пробы и дает возможность реализовать процедуру промышленного анализа в режиме in-line. Оптоволоконные сенсоры, использующие для определения либо внутренние свойства волокон, либо модификацию (например, реагентами) поверхности оптоволоконного зонда, пока не нашли широкого применения в промышленном анализе. Эти типы оптоволоконных сенсоров не рассматриваются в настоящей главе. [c.658]

Такие сенсоры являются продуктом синтеза двух идей. Одна состоит в том, чтобы использовать оптические волокна для прохождения света от спектрометра к образцу 1 обратно. Другая заключается в использовании иммобилизации как способа, позволяющего использовать химический реагент непрерывно, а не однократно. Хотя обе здеи порознь эксплуатируются многие годы, их сочетание-относительно новый путь, открывающий весьма заманчивые возможности, которые исследователи еще только гачали осознавать. Использование оптических волокон позволяет эффективно перенести спектрометр к образцу , а наличие иммобилизованного реагента делает юзможным проведение химических реакций с образцом in situ. [c.473]

Оптические волоконные сенсоры в принципе можно разделить на две большие группы впутренние и внешние сенсоры [30]. К внутренним относятся сенсоры, в которых время прохождения (либо групповая или фазовая скорость), интенсивность или поляризация света, распространяющегося вдоль волокна, могут модулироваться действующей иа волокно внешней силой. Разработаны внутренние сенсоры, чувствительные к изменению самых разнообразных физических переменных, например параметров электрических, магнитных и акустических полей, температуры, давления, напряжения и деформации, дозы радиации [14, 36, 49, 69]. Во внешних сенсорах волокно используют прежде всего как средство передачи света к чувствительному к определяемому веществу элементу, где свойства света (интенсивность, поляризация [c.538]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология