CN102753958B - 检测水环境中的化学品 - Google Patents

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Abstract

提供用于检测水环境中的化学品的技术，以及被配置为用于检测水环境中的化学品的系统。更具体地，提供用于检测水环境中芳族化学品的存在或不存在的技术和系统。实例可以包括接收来自光学循环器的第一端口的发射光，反射所接收的发射光的至少一部分以产生反射光，并且传送来自光学循环器的第二端口的反射光。反射光可以至少部分地通过化学品和所述第二端口的光子二氧化硅阵列的相互作用产生。

Description

检测水环境中的化学品
背景
本公开涉及检测水环境(aqueous environments)中的化学品，并且更具体地，涉及检测水环境中芳族化学品的存在或不存在。
概述
一般地描述了用于检测水环境中的化学品的技术。多种技术可以被用作设备、系统、方法和/或计算机程序产品中的一部分。
设备或系统的一些示例实施方案可以包括激光二极管、光子二氧化硅阵列和/或接收器中的一个或多个。激光二极管可以被配置为产生发射光。光子二氧化硅阵列可以具有多个硅藻细胞。光子二氧化硅阵列可以被配置为接收发射光并将发射光的至少一部分作为反射光反射。可以至少部分地通过来自水环境的一种或多种芳族化学品与多个硅藻细胞的相互作用，使反射光适合于被测定。接收器可以被配置为接收和捕获反射光的至少一部分。
在一些实施方案中，一般地描述了通过光学循环器检测水环境中的一种或多种芳族化学品的方法。一些光学循环器可以包括第一端口、第二端口和/或第三端口，所述第一端口包括激光二极管，所述第二端口包括光子二氧化硅阵列，所述光子二氧化硅阵列包括多个硅藻细胞，所述第三端口包括接收器。一些示例方法可以包括接收来自第一端口的发射光。一些示例方法可以还包括反射所接收的发射光的至少一部分以产生反射光，反射光至少部分地通过水环境中的一种或多种芳族化学品和多个硅藻细胞相互作用产生。一些示例实施方案还可以包括将反射光从第二端口传送至第三端口。
在一些实施方案中，一般地描述了用于检测水环境中的一种或多种芳族化学品的系统。一些示例实施方案可以包括数据库、激光二极管、光子二氧化硅阵列和接收器中的一个或多个。数据库可以被配置为储存与所述一种或多种芳族化学品的已知频率、所述一种或多种芳族化学品的已知波长和/或所述一种或多种芳族化学品的已知强度相关的芳族化学品信息。激光二极管可以被配置为产生发射光。光子二氧化硅阵列可以具有多个硅藻细胞，所述光子二氧化硅阵列被配置为接收发射光，将发射光的至少一部分作为反射光反射，并且传送反射光。反射光可以至少部分地通过提供在多个硅藻细胞周围的一种或多种芳族化学品的相互作用测定。接收器可以被配置为接收至少一部分的反射光，测量反射光的强度、反射光的波长和/或反射光的频率。接收器也可以被配置为将反射光的测量强度、测量波长和/或测量频率中的一个或多个与储存在数据库中的芳族化学品信息比较。接收器还可以被配置为至少部分地基于反射光的测量强度、测量波长和/或测量频率与储存在数据库中的芳族化学品信息的比较，检测一种或多种芳族化学品的存在和/或不存在。
在一些另外的实施方案中，一般地描述了计算机程序产品。示例实施方案可以包括信号承载介质，实施信号承载介质包括储存在其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令当通过一个或多个处理单元执行时可以可操作地使计算平台能够接收表示光的强度、光的波长和/或光的频率的信号。更多的指令可以使得计算平台将表示光的强度、波长和/或频率的信号的至少一部分与储存在一个或多个芳族化学品数据库中的芳族化学品信息比较。再更多的指令可以使得计算平台能够至少部分地基于表示光的强度、波长和/或频率的信号的至少一部分与储存在一个或多个芳族数据库中的芳族化学品信息的比较，检测一种或多种芳族化学品的存在和/或不存在。
以上概述仅为了举例说明并且不意图以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、实施方案和特征之外，通过参考附图和以下的详述，其他方面、实施方案和特征将是显而易见的。
附图简述
由以下的描述和后附权利要求，并结合附图，本公开的以上和其他特征将变得更加充分显而易见的。应明白这些附图仅描绘根据本公开的数个实施方案，并且因此不应被认为是其范围的限制，本公开将通过使用附图而得以更加具体且详细地描述。
在附图中：
图1是图解用于检测芳族化学品的一些示例系统的框图；
图2是图解用于检测芳族化学品的一些示例方法的流程图；
图3是图解用于检测芳族化学品的一些另外的示例方法的流程图；
图4是示例计算机程序产品的框图；并且
图5是图解可以被安排用于芳族化学品检测实施的示例计算设备的框图，所有安排根据本公开的至少一些实施方案。
详述
在以下详述中，将参考所附附图，所述附图形成详述的一部分。在附图中，除非上下文另外规定，同样的符号典型地标识同样的部分。在详述、附图和权利要求中描述的示例性实施方案并不意欲是限制性的。在不脱离这里所给出主题的精神或范围的情况下，可以采用其它实施方案，并且可以进行其它变更。将容易明白的是如本文一般地描述的，以及在附图中示例的，可以将本公开方面以各种各样的不同构造排列、替换、组合和设计，所有这些在本公开中明确地预期并且成为本公开的一部分。
本公开尤其涉及与检测水环境中的化学品相关的方法、系统、设备和/或装置并且，更具体地，涉及检测芳族化学品在水环境中的存在或不存在。
本公开预期到用于水环境中的化学污染用分析的现有分析方法(例如，气相色谱法和/或质谱法)可能是昂贵的和/或劳动密集的。此外，在取样事件发生之后分析结果可能延迟数天或数周。这种延迟不能够允许化学污染物的即时反馈和/或实时监测。一些分析方法可以包括多种传感器的大型网路以识别和/或分析化学污染。然而，这种传感器的大型网络可能局限于氧和硝酸盐监测系统。这些分析方法不能提供水性体系和环境中已知化学品(例如，有机溶剂)的实时监测，尤其是废水排放点附近和位于储存池(包括地下或地上池)之下的含水层。
本公开预期到用于监测废水、含水层、水体和/或其他水环境中的挥发性有机化学品(或芳族化学品)的传感器可以使用来自培养硅藻的光子二氧化硅阵列硅藻细胞构建。在一些示例实施方案中，本公开描述当所关心的化学品的身份是已知的并且溶剂是亲核的(例如，二甲苯、甲苯、苯、乙苯、吡啶和/或醇)时用于监测工业废水中的化学品的方法。示例实施方案(或其一部分)可以在和/或邻近废水、含水层、水体和/或其他水环境中实施。在一些实施方案中，传感器可以至少部分地与缔合有和/或包含芳族化学品的废水、含水层、水体和/或其他水环境接触。在一些实施方案中，可以仅使检测系统的一部分(例如，光子二氧化硅阵列)与缔合有和/或包含芳族化学品的废水、含水层、水体和/或其他水环境接触。
光学循环器可以被描述为三端口设备(包括例如端口1、端口2和端口3)，其可以使光在一个方向上传播：从端口1至端口2，并且之后从端口2至端口3。在示例光学循环器中，在任意方向上反射的来自端口2的发射光可以被引导至端口3。光学循环器可以在例如高级通讯系统和光纤传感器应用中使用。
图1是图解根据本公开的至少一些实施方案安排的用于检测芳族化学品的一些示例系统的框图。在一些实例中，光学循环器100可以包括端口1110，端口2120和端口3130。端口1110可以包括被配置为产生发射光的激光二极管。端口2120可以包括具有多个硅藻细胞的光子二氧化硅阵列115。光子二氧化硅阵列115可以被配置为接收发射光并将发射光的至少一部分作为反射光反射。反射光可以至少部分地通过芳族化学品与多个硅藻细胞的相互作用测定。端口3130可以包括被配置为接收和捕获反射光的至少一部分的接收器。
在上述实例中，端口1110、端口2120和/或端口3130可以表示目前公开的主题的概要阶段，并且可以不限于光学循环器。详细地，端口1110可以对应于光传送阶段，端口2120可以对应于光保持阶段(例如，其中可以有光子二氧化硅阵列)，并且端口3130可以对应于光接收或收集阶段。
如图1中所示，位于端口1110中的光发射设备如激光二极管105可以被配置为将光传送至端口2120。激光二极管105可以具有大约300纳米(nm)至大约400nm的范围内的波长，并且可以包括砷化铝镓铟(InGaAIAs)二极管、磷砷化镓铟(Indium Gallium ArsenidePhosphate)(InGaAsP)二极管和/或砷化镓(GaAs)二极管。具有不同波长和化学性质的其他激光器也可以在一些示例实施方案中使用。在一些实例中，可以使激光二极管适合于发射光以从光子二氧化硅阵列产生所需的光致发光。
在一些实例中，端口2120可以包括光子二氧化硅阵列115。示例光子二氧化硅阵列115可以被安排至N乘M尺寸的矩阵中，在任何地方在厚度上具有从1至P层(其中N、M和P可以是任何数字)。在一些实例中，光子二氧化硅阵列115可以由硅藻和/或硅藻材料培养或安排。硅藻的外部部分或硅藻细胞可以作为可以包括光子二氧化硅阵列115的材料分离。在一些实例中，可以将硅藻细胞自组装至上述矩阵中。
光子二氧化硅阵列115可以与基本上可以富集水环境中芳族化学品140的浓度的疏水性聚合物隔膜135结合实施。疏水性聚合物隔膜135可以充当将芳族化学品140浓缩至光子二氧化硅阵列115上的机构。疏水性聚合物隔膜135可以保护光子二氧化硅阵列115使之免于被水穿透，同时允许芳族化学品140通过。因而，芳族化学品140可以渗入疏水性聚合物隔膜135并达到光子二氧化硅阵列115。通过达到光子二氧化硅阵列115，芳族化学品140可以改变光子二氧化硅阵列115对光的感光度。在一些实例中，当将光子二氧化硅阵列115放置在水环境中时，聚合物隔膜135可以围绕和/或包裹光子二氧化硅阵列115。这可以允许更容易地检测芳族化学品140的存在或不存在。疏水性聚合物隔膜135可以包括聚(乙烯-共-丙烯)、聚(丙烯腈-共-丁二烯)、硅氧烷、增塑PVC、丁二烯共聚物和/或氟聚合物材料等等。
在一些实例中，当激光二极管105发射击打光子二氧化硅阵列115的光时，可以存在于光子二氧化硅阵列115上和/或周围的芳族化学品140可以使得来自激光二极管105的发射光被反射。在一些实例中，反射光可以包括具有约300nm至约700nm的范围内的波长的光。作为芳族化学品140与光子二氧化硅阵列115的相互作用的结果，这种反射与其其他方式在在的情况比较可以更加增强。
通常，光致发光可以是其中物质吸收光子(例如，电磁辐射)并且进而辐射光子的过程。光子二氧化硅阵列115的光致发光可以是硅藻细胞的性质(例如硅藻细胞的孔径大小)的函数。在一些实例中，可以使用预定化学品物质(例如，硫酸镍)改变硅藻细胞孔的大小。例如，依赖于所要检测的芳族化学品140的类型，改变硅藻细胞的孔径可以包括使孔或者更大或者更小。一些芳族化学品在一个或多个特定孔径可以产生比其他芳族化学品更大的光致发光。实例芳族化学品140可以包括二甲苯、甲苯、苯、乙苯、吡啶、醇、四氯乙烷或氯苯等等。
在一些实例中，环境湿度可以移动可以观察到光致发光的峰振幅的波长(并且进而，频率)。湿度传感器145可以连接至光子二氧化硅阵列115，以使得湿度传感器145可以检测湿度的量。该构造可以有助于预测由湿度水平引起的波长移动。系统100可以根据通过湿度传感器145观察的湿度校准。以这种方式，光致发光可以通过接收器125作为湿度(如通过湿度传感器145测量)的函数测定。
在一些实例中，来自激光二极管105的发射光可以从光子二氧化硅阵列115反射出并且之后通过接收器125在第三端口即端口3130中捕获。滤光器150可以被放置在端口2120与端口3之间的传送路径中。以这种方式，可以使接收器125适合于接收具有预定波长(或波长的范围)的反射光。反射光(滤光后或未滤光)的强度、波长和/或频率可以被解释为特定芳族化学品140的存在的证据。例如，如果激光二极管105发射强度X和频率Y的光，并且已知光子二氧化硅阵列115反射以处于强度Z和频率W的该光，则该强度Z和频率W数据可以指示芳族化学品U的存在或不存在。在一些实例中，可以考虑到湿度和/或滤光的任何影响。
系统100可以包括数据库155，所述数据库155可以被配置为储存与与芳族化学品有关的已知强度，波长和/或频率相关的芳族化学品信息。例如，芳族化学品信息可以指示化学品U对应于强度Z和波长W，并且从而可以识别芳族化学品(例如，二甲苯)。在一些实施方案中，数据库155可以可操作连接至端口2120和/或端口3130。因此，系统100可以用于识别化学品(否则有害)在其中系统100可以部署的环境(例如，水环境)中的存在或不存在。在一些实例中，端口2120(包括光子二氧化硅阵列115)可以被配置为基本上与其中具有芳族化学品的废水、含水层、水体和/或其他水环境接触。在这些实例中，端口1110(包括激光二极管105)和端口3130(包括接收器125)可以被配置为在远处(例如，不与废水、含水层、水体和/或其他水环境接触)，但仍被配置为与端口2120通讯。在这些实例中，光子二氧化硅阵列可以暴露至(通过疏水性聚合物隔膜135的方式)废水、含水层、水体和/或其他水环境。在一些实例中，端口1110、端口2120和端口3130可以被配置为与水环境接触(否则暴露至该水环境)。
图2是描绘根据至少本公开的一些实施方案的通过光学循环器检测芳族化学品的一些示例方法200的流程图。示例方法200可以包括如由框210，220和/或230所描绘的操作、活动或行动中的一个或多个。在方法200中，光学循环器可以包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口包括激光二极管，所述第二端口包括光子二氧化硅阵列，所述光子二氧化硅阵列包括多个硅藻细胞，并且所述第三端口包括接收器。
处理可以开始于框210，其可以包括接收来自第一端口的发射光。框210之后可以是框220。框220可以包括反射所接收的发射光的至少一部分，以产生反射光。反射光可以至少部分地通过芳族化学品与多个硅藻细胞的相互作用产生。框220之后可以是框230。在框230处，可以将反射光从第二端口传送。
在一些实施方案中，方法200还可以包括滤光反射光以产生滤光后的反射光，并且将滤光后的反射光传送至第三端口。在一些其他的实施方案中，方法200还可以包括接收来自第二端口的反射光，确定反射光的强度、波长和/或频率，和识别一种或多种芳族化学品的存在和/或不存在。一种或多种的芳族化学品的存在和/或不存在的识别可以至少部分地基于反射光的强度、波长和/或频率中的一个或多个。
图3是描绘根据本公开的至少一些实施方案的检测芳族化学品的一些另外的示例方法300的流程图。示例方法300可以包括如由框310、320、330、340、350、360、370、380和/或390所描绘的操作、活动或行动中的一个或多个。
处理可以开始于框310，其中可以准备或“官能化”光纤以使得它对寄主硅藻可以是接受性的。在框310之后可以是框320和/或框330。
在框320处，光纤可以被配置为通过准备合成海水和硅酸钠(Na2SiO3)的溶液以围绕光纤而寄主硅藻。在一些实施方案中，合成海水可以是意图模拟自然存在的海水的溶解的矿物盐和/或维生素的水溶液。
在框330处，可以将杂质引入至光纤和/或围绕光纤的溶液以获得所需的电子性质。这可以包括加入硫酸镍、锗等。框330之后可以是框340。
在框340处，可以将官能化的光纤浸渍在海水和硅酸盐硅酸钠溶液中，并且可以培养硅藻。框340之后可以是框350。
在框350处，可以将培养有硅藻的光纤从溶液移出、冲洗并热处理(annealed)。在一些实例中，现在将硅藻安排至矩阵中，并且将外部硅藻细胞收割。安排在所需的尺寸的矩阵中的硅藻细胞可以充当之前参考图1描述的光子二氧化硅阵列115。框350之后可以是框360。
在框360处，可以将其上存在硅藻细胞的光纤与光学循环器的端口2120可操作地连接。框360之后可以是框370。
在框370处，可以将疏水性隔膜层放置在光子二氧化硅阵列115与芳族化学品140之间。框370之后可以是框380。
在框380处，可以将光(其可以具有约300nm至约400nm的范围内的波长)从端口1110传送。框380之后可以是框390。
在框390处，光击打光子二氧化硅阵列115，反射光或光致发光，(其可以具有约300nm至约700nm的范围内的波长)可以通过端口3130的接收器125接收和/或捕获。在波长和/或强度中任何所观察到的位移可以至少部分地归因于光子二氧化硅阵列115的性质和/或环境湿度。本公开预期到当与具有大约533.4nm的波长的从空气反射的光比较时，二甲苯例如反射具有大约557.1nm的波长的光。同样，从二甲苯反射的光的强度大于从空气反射的光的强度。类似地，当与具有大约533.4nm的波长的从空气反射的光比较时，吡啶反射在大约538.1nm的光。此外，从吡啶反射的光的强度大于从空气反射的光的强度。波长和/或强度上的这些位移可以指出芳族化学品140如二甲苯和/或吡啶等的存在和/或不存在。
图4图解根据本文描述的至少一些实施方案安排的示例计算机程序产品400的框图。在一些实例中，如图4中所示，计算机程序产品400可以包括还可以包含机器可读指令404的信号承载介质402。可以使指令404适合于接收表示光的强度、光的波长和/或光的频率的信号。也可以使指令404适合于将信号的至少一部分与储存在一个或多个芳族化学品数据库中的芳族化学品信息比较。此外，可以使指令404适合于至少部分地基于信号与储存在一个或多个芳族数据库中的芳族化学品信息的比较检测芳族化学品的存在和/或不存在。在一些实例中，可以使指令适合于测量和/或监测反射光的峰强度和/或波长。还可以使指令适合于将反射光的峰强度和/或波长与已知化学品的反射光的峰强度和/或波长比较。在一些实例中，已知化学品(例如，已经表征过的那些化学品)的反射光的这些峰强度和/或波长可以被预先测定和储存在一个或多个芳族化学品数据库中用于该反射光的峰强度和/或波长相对于已知化学品的反射光的峰强度和/或波长的查找和比较。以这种方式，对于具有储存在一个或多个芳族数据库中的芳族化学品信息的任何已知化学品，可以测定已知化学品的存在和/或不存在。
同样如图4中所示，在一些实例中，计算机产品400可以包括计算机可读介质406、可记录介质408和通讯介质410中的一个或多个。这些元件周围的虚框描绘在但是不限于，信号承载介质402内包括的不同类型的介质。这些类型的介质可以分配指令404以通过逻辑执行。计算机可读介质406和可记录介质408可以包括，但是不限于，软盘、硬盘驱动器(HDD)、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等。通讯介质410可以包括，但不限于，数字和/或模拟通讯介质(例如，光纤电缆、波导、有线通讯链路、无线通讯链路等)。
图5是图解可以被安排用于根据本公开的至少一些实施方案的芳族化学品检测的实施的示例计算设备的框图。在很基本的配置501中，计算设备500典型地可以包括一个或多个处理器510和系统存储器520。存储器总线530可以被用于在处理器510与系统存储器520之间通讯。
依赖于所需的配置，处理器510可以是任何类型的，包括但是不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)，或它们的任意组合。处理器510可以包括一个多级(one more)的高速缓存，如一级高速缓存511和二级高速缓存512，处理器内核513，以及寄存器514。处理器内核513可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理内核(DSP内核)，或它们的任意组合。存储器控制器515也可以与处理器510一起使用，或在一些实施中，存储器控制器515中可以是处理器510的内部部件。
依赖于所需的构造，系统存储器520可以是任意类型的，包括但是不限于易失性存储器(如RAM)、非易失性存储器(如ROM、闪速存储器等)或它们的任意组合。系统存储器520典型地包括操作系统521、一个或多个应用软件(applications)522以及程序数据524。应用软件522可以包括可以被安排为检测水环境中的芳族化学品的芳族化学品检测算法523。程序数据524可以是可以在检测芳族化学品中使用的一个或多个芳族化学品检测数据库525(其可以包括芳族化学品信息526)。在一些实施方案中，应用软件522可以被安排为在操作系统521上用程序数据524运行，使得可以根据本文所描述的技术测定和/或识别在水环境中存在和/或不存在的一种或多种芳族化学品。
计算设备500可以具有附加的特征或功能，以及便于基本配置501和任何所需的设备和接口之间通信的附加接口。例如，可以使用总线/接口控制器540以便于基本配置501与一个或多个数据存储设备550之间经由存储接口总线541的通信。数据存储设备550可以是可移动存储设备551，不可移动存储设备552，或它们的组合。可移动存储和不可移动存储设备的实例包括磁盘设备如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器如高密度光盘(CD)驱动器或数字多功能光盘(DVD)驱动器、固态驱动器(SSD)以及磁带驱动器，仅举几个例子。示例计算机储存介质可以包括以用于信息存储的任何方法或技术如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据中实施的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。
系统存储器520、可移动存储器551和不可移动存储器552都是计算机储存介质的实例。计算机储存介质包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多用途光盘(DVD)或其他光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可以用于存储所需信息并且可以由计算设备500访问的任何其他介质。任何这种计算机储存介质可以是设备500的一部分。
计算设备500还可以包括用于便于从各种接口设备(例如，输出接口、外围接口和通信接口)至基本配置501经由总线/接口控制器540通信的接口总线542。示例输出设备560包括图形处理单元561和音频处理单元562，它们可以被配置为经由一个或多个A/V端口563与各种外部设备如显示器或扬声器通信。示例外围接口570包括串行接口控制器571或并行接口控制器572，它们可以被配置为与外部设备如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、音频输入设备、触摸输入设备等)或其他外围设备(例如，打印机、扫描仪等)经由一个或多个I/O端口573通信。示例通信设备580包括网络控制器581，其可以被设置为便于与一个或多个其他计算设备590在网络通信上经由一个或多个通信端口582通信。通信连接是通信介质的一个实例。通信介质典型地可以通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或在调制的数据信号如载波或其他传输机制中的其他数据实现，并且包括任何信息传递介质。“调制的数据信号”可以是其特征的一个或多个以将信息编码在信号中的方式设定或改变的信号。作为实例，而不是限制性的，通信介质可以包括有线介质如有线网络或直接接线连接，以及无线介质如声波、射频(RF)、红外(IR)和其他无线介质。如本文所使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质两者。
可以将计算设备500实现为小尺寸(small-form factor)的便携式(或可移动)电子设备如移动电话、个人数字助理(PDA)、个人媒体播放设备、无线网络浏览设备、个人头戴式耳机设备、专用设备或包括任意以上功能的混合设备的一部分。也可以将计算设备500实现为包括便携式计算机和非便携式计算机构造两者的个人计算机。
本文所描述的主题有时描述其中所包含的不同组成部分，或与其相关的不同的其他组成部分。应明白这种描述体系结构仅是实例，并且实际上可以实施获得相同功能的很多其他体系结构。在概念意义上，获得相同的功能的组成部分的任何安排被有效地“结合”以使得获得所需功能。因此，在本文中结合以获得特定功能的任意两个组成部分可以被视为彼此“结合”以使得获得所需功能，而与体系结构或中间组成部分无关。同样，如此结合的任何两个组成部分也可以被视作彼此“可操作连接(operablyconnected)”，或“可操作地连接(operably coupled)”，以获得所需的功能，并且能够如此结合的任意两个组成部分也可以被视为彼此“可以可操作连接”，以获得所需的功能。可以可操作连接的具体实例包括但是不限于物理匹配的和/或物理相互作用的组成部分和/或可无线相互作用和/或无线相互作用的组成部分和/或逻辑相互作用的和/或可逻辑相互作用的组成部件。
对于本文中基本上任何的复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以按照对于上下文和/或应用是合适的从复数转换为单数和/或从单数转化到复数。为清楚起见，可以在本文明确给出多种单数/复数排列。
本领域技术人员将理解，通常，本文中并且尤其是所附权利要求中(例如，所附权利要求的主体)使用的术语，一般意欲作为“开放性”术语(例如，应该将术语“包括(including)”解释为“包括但不限于”，应该将术语“具有”解释为“至少具有”，应该将术语“包括(includes)”解释为“包括但不仅限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意欲引入特定数量的权利要求列举项，这样的意图将在权利要求中明确地列举，并且在不存在这种列举项的情况下不存在这样的目的。例如，为了有助于理解，以下所附权利要求可以包含引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求列举项。然而，即使当同一个权利要求包含引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一个”或“一种”时，也不应将这种短语的使用解释为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求列举项将任何包含这样引入的权利要求列举项的特定权利要求限定为仅包含一个这种列举项的发明(例如，应将“一个”和/或“一种”典型地解释为意指“至少一个”或“一种或多种”)；这对于用以引入权利要求列举项的定冠词的使用也同样适用。此外，即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项，本领域技术人员也将理解应将这种列举项典型地解释为意指至少所叙述的数目(例如，不带有其他修饰的裸列举项“两个列举项”典型地意指至少两个列举项，或者两个以上列举项)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。此外，即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项，本领域技术人员将理解应将这种列举项解释为意指至少所叙述的数目(例如，不带有其他修饰的裸列举项“两个列举项”意指至少两个列举项，或者两个以上列举项)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如，“具有A、B或C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。本领域技术人员将进一步理解实际上任何表现两个或多个可替换术语的分离性单词和/或短语，不论在说明书、权利要求书还是附图中，都应当被理解为意图包括术语的一个、术语的任何一个或全部两个术语的可能性。例如，应将短语“A或B”理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
虽然本文已经公开了多个方面和实施方案，其它方面和实施方案对于本领域技术人员将是明显的。本文公开的多个方面和实施方案用于说明的目的并且不意欲限制，并通过后附的权利要求表明真实的范围和精神。

Claims (22)

1.一种用于检测水环境中的一种或多种芳族化学品的系统，所述系统包括：
激光二极管，所述激光二极管被配置为产生发射光；
具有多个硅藻细胞的光子二氧化硅阵列，所述光子二氧化硅阵列被配置为接收所述发射光并将所述发射光的至少一部分作为反射光反射，其中至少部分地通过来自所述水环境的所述一种或多种芳族化学品与所述多个硅藻细胞的相互作用，使所述反射光适合于测定；以及
接收器，所述接收器被配置为接收和捕获所述反射光的至少一部分。
2.权利要求1所述的系统，
其中所述激光二极管被容纳在第一端口中，所述光子二氧化硅阵列被容纳在第二端口中，并且所述接收器被容纳在第三端口中；以及
其中所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口被协同安排以作为光学循环器操作。
3.权利要求1所述的系统，其中所述发射光包括波长，所述波长被配置为从所述光子二氧化硅阵列产生所需的光致发光。
4.权利要求1所述的系统，其中所述发射光包括300纳米至400纳米的范围内的波长。
5.权利要求1所述的系统，其中所述反射光包括300纳米至700纳米的范围内的波长。
6.权利要求1所述的系统，其中所述光子二氧化硅阵列培养自一种或多种硅藻。
7.权利要求1所述的系统，其中所述多个硅藻细胞包含多个孔，单独的孔具有通过与预定物质接触可以改变的直径。
8.权利要求7所述的系统，其中所述预定物质包括硫酸镍。
9.权利要求1所述的系统，所述系统还包括光纤，所述光子二氧化硅阵列被连接在所述光纤上。
10.权利要求1所述的系统，其中所述芳族化学品包含以下各项中的一项或多项：二甲苯、甲苯、苯、乙苯、吡啶或氯苯。
11.权利要求1所述的系统，所述系统还包括疏水性聚合物隔膜，所述疏水性聚合物隔膜可操作连接至所述光子二氧化硅阵列，所述疏水性聚合物隔膜被配置为增加至所述光子二氧化硅阵列上的所述一种或多种芳族化学品的浓度。
12.权利要求11所述的系统，其中所述疏水性聚合物隔膜包括以下各项中的一项或多项：聚(乙烯-共-丙烯)、聚(丙烯腈-共-丁二烯)、硅氧烷、增塑PVC、丁二烯共聚物或氟聚合物。
13.权利要求1所述的系统，其中所述激光二极管包括以下各项中的一项或多项：砷化铝镓铟(InGaAIAs)二极管、磷砷化镓铟(InGaAsP)二极管或砷化镓(GaAs)二极管。
14.权利要求1所述的系统，所述系统还包括滤光器，所述滤光器被配置为将所述反射光在通过所述接收器接收之前滤光。
15.权利要求1所述的系统，所述系统还包括湿度传感器，所述湿度传感器可操作连接至所述光子二氧化硅阵列，所述湿度传感器被配置为检测湿度的量，并且还被配置为至少部分地基于所检测的湿度的量，对所述光子二氧化硅阵列提供校准值。
16.一种通过光学循环器检测水环境中的一种或多种芳族化学品的方法，所述光学循环器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口包括激光二极管，所述第二端口包括光子二氧化硅阵列，所述光子二氧化硅阵列包括多个硅藻细胞，并且所述第三端口包括接收器，所述方法包括：
从所述第一端口接收发射光；
反射所接收的发射光的至少一部分以产生反射光，所述反射光至少部分地通过所述水环境中的一种或多种芳族化学品和所述多个硅藻细胞的相互作用产生；和
将所述反射光从所述第二端口传送至所述第三端口。
17.权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
将所述反射光滤光以产生滤光后的反射光；以及
将所述滤光后的反射光传送至所述第三端口。
18.权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
接收来自所述第二端口的所述反射光；
确定所述反射光的强度、波长或频率中的一个或多个；以及
至少部分地基于所述反射光的所述强度、所述波长或所述频率中的一个或多个，识别所述一种或多种芳族化学品的存在或不存在。
19.一种用于检测水环境中的一种或多种芳族化学品的系统，所述系统包括：
数据库，所述数据库被配置为储存与所述一种或多种芳族化学品的已知频率、所述一种或多种芳族化学品的已知波长或所述一种或多种芳族化学品的已知强度中的一个或多个相关的芳族化学品信息；
激光二极管，所述激光二极管被配置为产生发射光；
具有多个硅藻细胞的光子二氧化硅阵列，所述光子二氧化硅阵列被配置为接收所述发射光，将所述发射光的至少一部分作为反射光反射，并且传送所述反射光，其中至少部分地通过一种或多种芳族化学品与提供在所述一种或多种芳族化学品周围的所述多个硅藻细胞的相互作用测定所述反射光；以及
接收器，所述接收器被配置为：
接收所述反射光的至少一部分；
测量所述反射光的强度、所述反射光的波长或所述反射光的频率中的一个或多个；
将所述反射光的测量强度、测量波长或测量频率中的一个或多个与储存在所述数据库中的所述芳族化学品信息比较；并且
至少部分地基于所述反射光的测量强度、测量波长和/或测量频率与储存在所述数据库中的所述芳族化学品信息的所述比较，检测所述一种或多种芳族化学品的存在或不存在。
20.权利要求19所述的系统，
其中所述芳族化学品包括以下各项中的一项或多项：二甲苯、甲苯、苯、乙苯、吡啶或氯苯；并且
其中所述激光二极管包括以下各项中的一项或多项：砷化铝镓铟(InGaAIAs)二极管、磷砷化镓铟(InGaAsP)二极管或砷化镓(GaAs)二极管。
21.一种用于使用权利要求19所述的系统来检测水环境中的一种或多种芳族化学品的方法，所述方法包括：
接收表示光的强度、所述光的波长或所述光的频率中的一个或多个的信号；
将表示所述光的所述强度、所述波长或所述频率中的一个或多个的所述信号的至少一部分与储存在一个或多个芳族化学品数据库中的芳族化学品信息比较；并且
至少部分地基于表示所述光的所述强度、所述波长或所述频率的所述信号的至少一部分与储存在所述一个或多个芳族数据库中的所述芳族化学品信息的所述比较，检测所述一种或多种芳族化学品的存在或不存在。
22.权利要求21所述的方法，其中所述方法还包括：
至少部分地基于表示所述光的所述强度、所述波长和/或所述频率的所述信号的至少一部分与储存在所述一个或多个芳族数据库中的所述芳族化学品信息的所述比较，识别所述一种或多种芳族化学品中的一种或多种。
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