I. Cảm biến quang hóa trên sợi quang
Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và chế tạo cảm biến quang hóa trên nền sợi quang để phát hiện các hóa chất độc hại trong môi trường. Cảm biến này dựa trên nguyên lý tương tác giữa ánh sáng truyền trong sợi quang và môi trường bên ngoài, làm thay đổi các đặc tính quang học như cường độ, bước sóng, và phân cực ánh sáng. Cảm biến quang hóa được thiết kế để hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là trong môi trường có nguy cơ cháy nổ hoặc ăn mòn hóa học cao.
1.1. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến quang hóa hoạt động dựa trên sự thay đổi của ánh sáng khi tương tác với các hóa chất độc hại. Khi ánh sáng truyền qua sợi quang, nó sẽ bị ảnh hưởng bởi các hóa chất trong môi trường, dẫn đến sự thay đổi trong phổ ánh sáng. Sự thay đổi này được đo lường và phân tích để xác định sự hiện diện và nồng độ của các hóa chất độc hại.
1.2. Ưu điểm của cảm biến quang hóa
Cảm biến quang hóa trên sợi quang có nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại cảm biến truyền thống. Chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, hoạt động ổn định trong môi trường ăn mòn hóa học, và không tạo ra tia lửa điện trong môi trường nguy hiểm. Ngoài ra, cảm biến này có thể được tích hợp với các thiết bị quang điện tử hiện đại để tăng độ chính xác và độ nhạy.
II. Ứng dụng của cảm biến quang hóa
Luận án đề cập đến việc ứng dụng cảm biến quang hóa trên sợi quang để phát hiện các hóa chất độc hại trong môi trường. Các ứng dụng cụ thể bao gồm phát hiện nitrate trong nước, phân tích các dung môi hữu cơ, và nhận biết các chất bảo vệ thực vật như Permethrin, Dimethoate, Fenthion, và Cypermethrin. Cảm biến quang hóa được chứng minh là có độ nhạy cao và khả năng phát hiện các hóa chất ở nồng độ rất thấp, đạt đến mức ppm hoặc thấp hơn.
2.1. Phát hiện nitrate trong nước
Cảm biến quang hóa được sử dụng để phát hiện nitrate trong nước với độ nhạy cao. Kết quả thử nghiệm cho thấy cảm biến có thể phát hiện nitrate ở nồng độ từ 10 ppm đến 80 ppm. Sự dịch chuyển bước sóng của tín hiệu quang phản ánh sự thay đổi nồng độ nitrate trong mẫu nước.
2.2. Phân tích chất bảo vệ thực vật
Luận án cũng trình bày việc sử dụng cảm biến quang hóa để phân tích các chất bảo vệ thực vật như Permethrin, Dimethoate, Fenthion, và Cypermethrin. Cảm biến này có khả năng phát hiện các chất này ở nồng độ rất thấp, đạt đến mức 0.1 ppm. Kết quả phân tích được thể hiện qua phổ Raman, cho thấy sự tăng cường tín hiệu khi sử dụng các cấu trúc nano kim loại như AgNDs và AuNPs/AgNDs.
III. Chế tạo và đánh giá cảm biến
Luận án mô tả chi tiết quy trình chế tạo cảm biến quang hóa trên sợi quang, bao gồm các phương pháp ăn mòn hóa học và mài mòn cơ học để tạo ra các cấu trúc cảm biến đặc biệt như e-FBG và D-FBG. Các cảm biến này được tích hợp vào cấu hình laser sợi với cấu trúc gương vòng để tăng độ nhạy và độ chính xác. Kết quả thử nghiệm cho thấy cảm biến có độ ổn định cao và khả năng phát hiện các hóa chất độc hại với độ chính xác đáng kể.
3.1. Phương pháp chế tạo
Quy trình chế tạo cảm biến quang hóa bao gồm các bước như chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, và hóa chất, sau đó tiến hành ăn mòn hóa học hoặc mài mòn cơ học để tạo ra các cấu trúc cảm biến. Các cấu trúc nano kim loại như AgNDs và AuNPs/AgNDs được sử dụng để tăng cường tín hiệu quang học.
3.2. Đánh giá hiệu suất
Hiệu suất của cảm biến quang hóa được đánh giá thông qua các thử nghiệm trong môi trường lỏng với chiết suất thay đổi. Kết quả cho thấy cảm biến có độ nhạy cao và khả năng phát hiện các hóa chất độc hại với độ chính xác đáng kể. Các thông số như hệ số tăng cường tán xạ Raman và giới hạn phát hiện được đo lường và phân tích để đánh giá hiệu quả của cảm biến.
