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近年来，随着我国经济的飞速发展，重金属在河流、土壤、空气中的污染也越来越严重。农业中的重金属污染是由于使用被重金属污染过的水源进行农作物灌溉所造成。重金属被农作物富集后，通过食物链进入人体，严重影响人体健康。人体重金属中毒会导致贫血、神经错乱、智力下降、骨骼病变、身体缩短、骨骼畸形、全身疼痛、视野缩小、听觉失灵、痉挛、惊厥、身体呈弓状，孕妇中毒可致胎儿痴呆。由于部分重金属离子危害性强，少量残留就会对人体健康造成严重影响，所以探索超灵敏快速准确检测的新方法对人类长期健康有至关重要的意义。农业中的重金属污染不仅会直接对人体健康会造成严重的影响，而且会导致农产品的产量和质量下降，因此研究重金属的检测对我国农业生产和农业食品安全方面也具有重要的意义。本文运用量子点荧光检测方法，设计出荧光传感器系统，为重金属现场快速检测提供一种便携式仪器。荧光传感器系统运用了荧光淬灭技术、光电检测技术、信号去噪技术和嵌入式技术，采用ARM9微处理器S3C2440A芯片，运用嵌入式操作系统Linux，实现显示、通信和触摸操作等功能。利用稳定的激光作为激发光源，通过滤波片、聚光镜等荧光采集光学附件制作出荧光传感器光学系统；荧光传感器系统中的模拟电路将荧光传感器输出的荧光信号进行光电转化，再将电信号通过低通滤波放大电路进行去噪放大；得到放大后的电压信号通过信号采集处理数字电路进行AD转换，根据内置标准曲线得到的重离子浓度在装置上显示并可以传输到远端计算机上。整个系统具有成本低、灵敏度高、简便快速、小型便携等特点。
在此基础上，铜离子检测原理可以描述如下。量子点在激发光源的照射下会发出特定波长的荧光信号，荧光强度会在加入一定量的特殊重金属后发生变化。使用的量子点经过特殊的官能基表面修饰后，对重金属具有高选择性。本文选择在水溶液中具有发光性强和稳定性好的CdTe量子点，对其表面进行巯基修饰后，在检测Cu2+时具有高度选择性。加入的Cu2+会快速淬灭荧光，Cu2+的量和荧光强度变化之间的关系可以通过我们设计的光学装置进行实验得到，这个光学装置可以由商业光谱仪进行深入验证。我们设计的荧光检测系统内置建立的标准曲线后，实现了对Cu2+的检测，最低检测限达到42nmol/L。
本文首先从荧光传感器系统的前端荧光传感器设计方面入手，介绍了荧光传感器设计的各个部件；然后给出整个荧光传感器系统的硬件电路原理图，介绍了各个电路的功能作用；并介绍了荧光传感器的软件设计。软件设计比较复杂，涉及到嵌入式软件方面。实验部分包括了量子点稳定性实验、标准曲线测定实验和其他重金属干扰实验，根据实验给出了荧光传感器系统的可行性分析。论文最后给出了荧光传感器系统设计的不足，并指出了将来改进的方向，为系统进一步优化提供了指导。