半导体光电器件LED在光谱分析中的应用研究

发布时间：2019-08-06 09:12

【摘要】：半导体光电器件发光二极管(Light emitting diode,简称LED)以其体积小、低成本、低能耗、寿命长等特性而著称,广泛应用于通讯、仪器仪表及照明等领域,本文进行了半导体光电器件LED在光谱分析中的应用研究。采用不同发射波长范围的LED为光源,研究建立了多种基于LED光源的测定装置和分析方法,应用于甲醛、氨、罗丹明B和孔雀石绿混合染料以及Ca2+的测定。该研究对于半导体器件LED在光谱分析中的应用具有一定的积极推动作用。全文主要包括以下五方面研究内容。第一章绪论从半导体光电器件LED的基本原理、发展、特性及其应用,特别是LED在光谱分析中的应用进行了概述,包括LED在吸收光谱、荧光光谱以及在线测定等仪器装置和分析方法及其应用,在此基础上提出了本论文的研究内容。第二章LED甲醛测定仪的研究研究建立了以LED为光源的吸收测定装置,并应用于甲醛含量的测定,测定结果表明线性范围和检出限分别为0.1～3.0μg,0.008μg,回收率在95%～105%之间。该装置具有成本低、体积小、便于携带等特点,与通常紫外-可见分光光度法测定结果进行对照,基本一致。第三章LED耐尔蓝敏感膜氨传感器的研究研究建立了以LED为光源,结合试剂固化方法制备了耐尔蓝敏感膜氨传感器。探讨了耐尔蓝敏感膜的制备及传感器测定参数和条件,应用于氨的分析测定。结果表明耐尔蓝敏感膜氨传感器灵敏度高、响应快速、成本低廉,可逆性好,应用于氨的测定,结果满意。第四章多色LED同时测定混合染料中各组分含量研究研究建立了以多个LED为光源,同时测定孔雀石绿和罗丹明B混合染料中各组分的含量的方法。测定结果的标准曲线和线性范围分别为△A=0.0789mR-0.2449和4-15μg/mL(罗丹明B)；AA=0.0547mR-0.1128和4～25 μg/mL(孔雀石绿),将此测定装置应用于模拟混合样品中各染料含量的同时测定,其相对标准偏差均小于5%。第五章微型插入式LED测定器件测定Ca2+含量研究采用LED为光源成功研制了一种微型插入式LED测定器件,应用于牛奶、自来水中Ca2+的测定,线性范围为0.03～0.5μg,检出限为0.010μg,回收率在95%～105%之间。该微型LED吸收测定器件结构紧凑、体积小、勿需样品池可直接插入样品中进行测定,适用于待测样品在线实时测定和过程分析。
【图文】：

已广泛应用于通讯、仪器仪表、照明等领域。其在分析化学中的应用已有报道。逡逑１．１逦ＬＥＤ的基本原理逡逑ＬＥＤ基本原理如图１－１所示：其重要部分是由Ｐ型半导体（空穴）和ｎ型半导体（自逡逑由电子）组成。当Ｐ型半导体和ｎ型半导体结合时，电子和空穴由于浓度差分别从高浓逡逑度区向低浓度区扩散，导致在两者的交界处附近形成一段称为损耗区的特殊区域，在该逡逑区域内自由电子和空穴处于不能自由移动的状态。若给ＬＥＤ施加一个正向电压，空穴逡逑和自由电子会发生不同方向移动，移动过程中产生的多余能量则以光子的形式释放出逡逑来，从而发光。逡逑Ｐ区逦Ｎ区逡逑ｅ－Ｙ邋＾？＞１逡逑、①ｅ＋邋Ｉ邋崎邋＾ｅｒ逡逑Ｐ区逦Ｎ区逡逑Ｐ区邋损耗区邋Ｎ区邋Ｊ①＾＾０邋１逡逑／邋＾邋＾逦Ｉ邋ｎ邋Ａ邋＼邋正压邋Ｉ＂逡逑［ｆ邋＾邋＾逦ＱＩｉ逦＼邋１由＋邋０？逦＋士ｅｊｌ逡逑０邋０逦０邋０邋‘逦ｙ逡逑ｌｅ邋ｅ逦ｅｅ｜逦，逦八逡逑逦［Ｉ逦逡逑图１－１邋ＬＥＤ发光原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｅｍｉｔｔｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＬＥＤ逡逑１．２逦ＬＥＤ的发展逡逑１９６２年，Ｈｏｌｏｎｙａｋ等人利用ＧａＡｓＰ涂层制成了邋ＬＥ

色ＬＥＤ打破了三原色复合形成白色光源的技术，正因为该技术日本科学家赤崎勇等获逡逑得了邋２０１４年诺贝尔物理学奖的殊荣［＼现今，更多波长范围和高效率的ＬＥＤ己经得到逡逑了商业生产，使得ＬＥＤ作为光源在光谱分析方面得到了广泛的应用，图１－２显示了各种逡逑颜色的光以及相对应的波长范围。逡逑０．０邋Ｉ逦Ｉ邋——Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑３４２逦３９２逦４４２逦４９２逦５４２逦５９２逦６４２逦６９２逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑图１－２各种ＬＥＤ发射光谱逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｅｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ＬＥＤ逡逑１．３逦ＬＥＤ的特性逡逑（１）逦ＬＥＤ作为光源具有体积小便于组装，可以用于实时在线测定。逡逑（２）逦ＬＥＤ的发光效率比较高，能耗少，稳定性好，成本低。逡逑（３）逦ＬＥＤ具有较长的使用寿命。逡逑（４）逦ＬＥＤ具有安全可靠性。逡逑１．４逦ＬＥＤ在分析化学方面的应用逡逑ＬＥＤ相对于传统光源具有体积小便于组装，可用于实时在线检测，能耗低，具有逡逑２逡逑
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN312.8;O657.3

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本文编号：2523463