一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法

技术领域

本发明属于海水检测技术领域，尤其涉及一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法。

背景技术

叶绿素是海洋浮游藻类体内主要的光合色素，海洋浮游藻类的分布受海区温度、光照、营养盐含量、上升流和湍流等水体混合程度以及浮游动物摄食等诸多因素影响，测定叶绿素在不同海区分布及其季节变化特征具有重要的生态学意义。目前藻类叶绿素测定主要采用萃取荧光法，该方法具有较高灵敏度，可以准确测定叶绿素含量，但是需要进行现场采样和样品预处理，耗时较长，整个过程中影响因素较多，且获得的数据量有限。1966年，Lorenzen提出了荧光法连续测量活体内叶绿素含量的方法，使海水叶绿素现场连续观测技术得到发展。叶绿素荧光法的发展趋势是现场荧光测量，观测方法有两种：一是基于调查船，将荧光计安装到拖体上以一定深度进行水平拖曳和波动拖曳，或在航行过程中连续采水由船上荧光计测定；二是基于海洋浮标、海底观测网络等技术进行长期原位动态监测，实现数据长距离实时传输。

然而现有技术存在一些问题：传统叶绿素分析仪大部分为柜式结构，体积大，成本高，抽取水样进行采集测试，因此我们提出一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法，具备可回复性能和高应变性、一体化程度高，增加荧光的进入量监测范围大的优点，解决了传统叶绿素分析仪大部分为柜式结构，体积大，成本高，抽取水样进行采集测试的问题。

本发明是这样实现的，一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法，包括以下步骤：

S1、制备氨纶纤维束；采用聚合二元醇和二异氰酸酯类物质为原料混合反应制得氨纶纺丝原液，再经干纺方法纺丝，得到氨纶纤维束；

S2、光纤绕卷；将无包层光纤螺旋缠绕于氨纶纤维表面；

S3、涂覆防水涂层；将缠绕好的光纤浸入聚乙烯溶液中，再取出沥干后完成高透光聚乙烯涂层的涂覆；

S4、连接传感器；将用于叶绿素感知的光纤/氨纶复合纱线传感系统组装，并进行系统调试；

S5、传感器校正；对光谱进行基线和平滑校正，用校正后的光谱建立PLS回归模型。

作为本发明优选的，S1中采用聚合二元醇和二异氰酸酯类物质为原料混合反应包括：使用聚合多元醇为分子量大于或等于3000并且带有侧基的聚合二元醇，其中侧基包括甲基或乙基，和二异氰酸酯类物质为原料混合反应得到异氰酸酯封端的预聚物；

将预聚物用酰胺化合物溶解后与胺类扩链剂混合反应得到聚氨酯脲溶液；

在生成的聚氨酯脲溶液中加入添加剂，得到以聚氨基甲酸酯和聚氨基甲酸酯脲化合物为重复单元的氨纶纺丝原液；

将氨纶纺丝原液陈化后进行干纺方法纺丝，得到氨纶纤维。

作为本发明优选的，所述二异氰酸酯类物质和聚合多元醇的摩尔比是1.4∶1；所述聚氨酯脲溶液的含固量为20％；所述酰胺化合物选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺，所述添加剂包括消光剂二氧化钛、润滑剂硬脂酸镁和UV稳定剂。

作为本发明优选的，所述胺类扩链剂由如下摩尔比例的物质组成的混合物：乙二胺45；2-甲基戊二胺或丙二胺60，所述扩链剂还包括至少一种单官能度链终止剂，所述终止剂选自单官能度的伯胺或仲胺、二甲胺、二乙胺、二-正丁胺、正丁胺、正己胺、环己胺、乙醇胺之一或其混合物。

作为本发明优选的，所述干纺方法中使用热氮气或空气在圆形或方形甬道内对纺丝原液烘干，经牵伸、上油、卷绕制成氨纶纤维。

作为本发明优选的，S2中光纤螺旋缠绕的方式设置为以5/cm的捻度螺旋缠绕于1500d氨纶纤维表面，缠绕长度为10cm。

作为本发明优选的，S4中系统调试包括：高透光干涉滤光片峰值透射设置为680nm和600nm，光源的波长设置435nm，光谱仪配备高灵敏度线性CCD阵列探测器，通过USB线与计算机连接，用于监测激光诱导的荧光过程。为了将荧光光谱从光源中分离出来，光学干涉滤光片固定在光纤和光谱仪之间。

作为本发明优选的，S5中的传感器校正包括：当荧光入射角小于arcsin NA时，荧光将在纤芯中完全反射和传输，通过光谱仪采集海水中叶绿素荧光强度和荧光光谱，并对光谱进行基线和平滑校正，用校正后的光谱建立PLS回归模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过将光纤缠绕于弹性纤维表面制造柔性传感器件，赋予传感器件的拉伸可回复性能和高应变，使传感器具有一定的可织造性能，能够用于海洋牧场养殖网箱的一体化成型织造，应用场景更广；

2、本发明通过将光纤缠绕于弹性纤维表面制造柔性传感器件，赋予传感器件的拉伸可回复性能和高应变，使传感器具有一定的可织造性能，能够用于海洋牧场养殖网箱的一体化成型织造。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的传感系统示意图；

图3是本发明实施例提供的LED感应光源示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法，包括以下步骤：

S1、制备氨纶纤维束；采用聚合二元醇和二异氰酸酯类物质为原料混合反应制得氨纶纺丝原液，再经干纺方法纺丝，得到氨纶纤维束；

S2、光纤绕卷；将无包层光纤螺旋缠绕于氨纶纤维表面；

S3、涂覆防水涂层；将缠绕好的光纤浸入聚乙烯溶液中，再取出沥干后完成高透光聚乙烯涂层的涂覆；

保持传感器两端光纤裸露，以便与传感器联通；

S4、连接传感器；将用于叶绿素感知的光纤/氨纶复合纱线传感系统组装，并进行系统调试；

S5、传感器校正；对光谱进行基线和平滑校正，用校正后的光谱建立PLS回归模型。

使用LED光源提供相应波长的荧光，采用螺旋缠绕的无包层光纤的侧面接收荧光，通过偏最小二乘回归建立参考数据和荧光光谱关联的统计方程，从而实现监测海水中叶绿素浓度的功能。其中无包层光纤首先螺旋缠绕于1500d氨纶纤维表面，并涂覆聚乙烯聚合物对传感器进行防水处理，最终制成纱线传感器。

其中，S1中采用聚合二元醇和二异氰酸酯类物质为原料混合反应包括：使用聚合多元醇为分子量大于或等于3000并且带有侧基的聚合二元醇，其中侧基包括甲基或乙基，和二异氰酸酯类物质为原料混合反应得到异氰酸酯封端的预聚物；

将预聚物用酰胺化合物溶解后与胺类扩链剂混合反应得到聚氨酯脲溶液；

在生成的聚氨酯脲溶液中加入添加剂，得到以聚氨基甲酸酯和聚氨基甲酸酯脲化合物为重复单元的氨纶纺丝原液；

将氨纶纺丝原液陈化后进行干纺方法纺丝，得到氨纶纤维；

所述二异氰酸酯类物质和聚合多元醇的摩尔比是1.4∶1；所述聚氨酯脲溶液的含固量为20％；所述酰胺化合物选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺，所述添加剂包括消光剂二氧化钛、润滑剂硬脂酸镁和UV稳定剂。

所述胺类扩链剂由如下摩尔比例的物质组成的混合物：乙二胺45；2-甲基戊二胺或丙二胺60，所述扩链剂还包括至少一种单官能度链终止剂，所述终止剂选自单官能度的伯胺或仲胺、二甲胺、二乙胺、二-正丁胺、正丁胺、正己胺、环己胺、乙醇胺之一或其混合物。

所述干纺方法中使用热氮气或空气在圆形或方形甬道内对纺丝原液烘干，经牵伸、上油、卷绕制成氨纶纤维。

S2中螺旋缠绕无包层光纤/氨纶纤维包覆柔性传感器制备：将无包层光纤以5/cm的捻度螺旋缠绕于1500d氨纶纤维表面，缠绕长度为10cm。

参考图2和图3，S4中系统调试包括：用于叶绿素感知的光纤/氨纶复合纱线传感系统组装：该系统由LED光源、光纤光谱仪，测试软件、峰值透射为680nm和600nm高透光干涉滤光片组成，光源的波长为435nm，光谱仪配备高灵敏度线性CCD阵列探测器，通过USB线与计算机连接，用于监测激光诱导的荧光过程。为了将荧光光谱从光源中分离出来，光学干涉滤光片固定在光纤和光谱仪之间。

具体的，LED感应光源(200mW)、光纤光谱仪(AvSpec-2408)等，峰值波长为435nm，由电源驱动。叶绿素的荧光光谱由光纤光谱仪系统检测，该系统由一根光缆、一个峰值透射为680nm和600nm高通的光学干涉滤光片、一个光纤光谱仪(AvSpec-2408，荷兰阿文特斯)和一台计算机组成；

S5中的传感器校正包括：光纤的光检测效率取决于数值孔径和纤芯直径，两个参数的值越大，有效采样体积越大。本专利采用螺旋缠绕式光纤传感器接受侧面而来的荧光光谱，当荧光入射角小于arcsin NA时，荧光将在纤芯中完全反射和传输。通过光谱仪采集海水中叶绿素荧光强度和荧光光谱，并对光谱进行基线和平滑校正，用校正后的光谱建立PLS回归模型。结果显示建立的PLS回归模型中Rcal为0.9996063，RMSEC为0.0221807，采用螺旋缠绕式无包层光纤系统和PLS回归模型的激光诱导荧光可用于评估水中叶绿素浓度。

综上所述：该一种用于海水中叶绿素检测的纤维器件制备方法，通过将光纤缠绕于弹性纤维表面制造柔性传感器件，赋予传感器件的拉伸可回复性能和高应变，使传感器具有一定的可织造性能，能够用于海洋牧场养殖网箱的一体化成型织造，应用场景更广；通过将光纤缠绕于弹性纤维表面制造柔性传感器件，赋予传感器件的拉伸可回复性能和高应变，使传感器具有一定的可织造性能，能够用于海洋牧场养殖网箱的一体化成型织造。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。