Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 153-175.

The purpose of the current study is to enhance the performance parameters of optical fiber sensor for detection of lead ions in water. Optical fiber sensing is an important sensing technique where combining the advantage of using new materials such as graphene and the features of the optical fibers. Previously, the sensing probes were prepared by different methods such as sputtering; we are seeking for a new, easy, low cost and not complicated method with superior advantages over other methods. In this work, sputtering method was used to prepare gold probe (Au/core). Also, gold nanoparticles probe (AuNPs/core), graphene probe (Gn/core), graphene /gold probe (Gn/Au/core), and graphene/goldnanoparticles probe (Gn/AuNPs/core) were prepared by dip coating method. The structures of these probes were examined via Scanning Electron Microscope (SEM), optical microscopy and Raman spectroscopy. Lead ions in water with different concentrations were detected via optical fiber surface plasmon resonance (SPR) with the prepared probes mentioned above. Where the fiber mounted along flow cell, with flow rate (5.5 mL/sec). The performance parameters of different probes increased noticeably as the probe change from Au, AuNPs, Gn/core, Gn/Au/core to Gn/AuNPs/core. The Gn/AuNPs/core probe shows a superior sensitivity (Sn), Figure of Merit (FOM), Signal to noise ratio (SNR), and Limit of detection (LOD) among other sensors, which make it available for chemical and biological applications.
Also in this thesis, the sensing probes of graphene-gold nanoparticles composite (Gn-AuNPs/core) were fabricated by dip coating method on the unclad fiber followed by laser irradiation (980 nm, 1.5W) at different times (0, 2, 5, and10 min). The prepared and irradiated probes were characterized
by SEM and Raman spectroscopy. Raman spectra and SEM of prepared probes confirm the deposition of graphene gold nanocomposite on the bare core and indicate the surface of probes becomes more roughness and homogeneity distribution of nanoparticles after laser treatment. The resonant wavelengths of SPR spectra were red shifted to 52, 55, 60 and 63 nm for 0, 2, 5, and 10 min respectively for the irradiated Gn-AuNPs composite/core probe for the analyte range (0-200 ppm). Laser sensitization has enhance the sensor performance with superior sensitivity 0.725 nm/ppm and lowest limit of detection (0.13 ppm) for 10 min irradiated probes, the sensitivity was enhanced 129% with respect to before laser treatment. The laser sensitization of dip-coated graphene gold nanocomposite is a promising method for enhancing performance parameters of optical fiber sensors.

الغرض من الدراسة الحالية هو تحسين معايير أداء مستشعر الألياف الضوئية للكشف عن أيونات الرصاص في الماء. يعد استشعار الألياف الضوئية تقنية استشعار مهمة حيث يتم الجمع بين ميزة استخدام مواد جديدة مثل الجرافين وخصائص الألياف الضوئية. في السابق ، تم تحضير مجسات الاستشعار بطرق مختلفة مثل الرش ؛ نحن نبحث عن طريقة جديدة وسهلة ومنخفضة التكلفة وليست معقدة مع مزايا فائقة مقارنة بالطرق الأخرى. في هذا العمل ، تم استخدام طريقة الرش لتحضير مسبار الذهب (Au / core). أيضًا ، تم تحضير مسبار الجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs / core) ، ومسبار الجرافين (Gn / core) ، ومسبار الجرافين / الذهب (Gn / Au / core) ، ومسبار الجرافين / الذهب النانوي (Gn / AuNPs / core) بواسطة طريقة الطلاء بالغمس. تم فحص هياكل هذه المجسات بواسطة مجهر المسح الإلكتروني (SEM) والفحص المجهري البصري ومطياف رامان. تم الكشف عن أيونات الرصاص في الماء بتركيزات مختلفة عن طريق رنين البلازمون السطحي للألياف الضوئية (SPR) مع المجسات المحضرة المذكورة أعلاه. تم تركيب الألياف على طول خلية التدفق ، بمعدل تدفق (5.5 مل / ثانية). زادت معلمات أداء المجسات المختلفة بشكل ملحوظ حيث تغير المسبار من Au و AuNPs و Gn / core و Gn / Au / core إلى Gn / AuNPs / core. يُظهر مسبار Gn / AuNPs / core حساسية فائقة (Sn) ، وشكل الاستحقاق (FOM) ، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ، وحد الكشف (LOD) من بين المستشعرات الأخرى ، مما يجعله متاحًا للتطبيقات الكيميائية والبيولوجية.
في هذه الأطروحة أيضًا ، تم تصنيع مجسات الاستشعار لمركب الجرافين والذهب النانوي (Gn-AuNPs / core) بطريقة الطلاء الغمس على اللب العاري متبوعًا بإشعاع الليزر (980 نانومتر ، 1.5 وات) في أوقات مختلفة (0 ، 2 ، 5 و 10 دقائق). تميزت المجسات المحضره والمعرضة للإشعاع بالتحليل الطيفي SEM و Raman. تؤكد أطياف رامان و SEM للمجسات المحضره ترسب مركب الجرافين النانوي الذهبي على اللب العاري وتشير ايضا إلى أن سطح المجسات يصبح أكثر خشونة وتوزيعًا متجانسًا للجسيمات النانوية بعد العلاج بالليزر. الأطوال الموجيه لأطياف SPRازيحت إلى 52 ، 55 ، 60 و 63 نانومتر لمدة 0 ، 2 ، 5 و 10 دقائق على التوالي لمسبار Gn-AuNPs المشع / الأساسي لنطاق التحليل (0-200 جزء في المليون). لقد عزز التحسس بالليزر أداء المستشعر بحساسية فائقة 0.725 نانومتر / جزء في المليون وأقل حد للكشف (0.13 جزء في المليون) لمدة 10 دقائق من المسابير المشعة ، وقد تم تعزيز الحساسية بنسبة 129٪ فيما يتعلق قبل العلاج بالليزر. يعد التحسس بالليزر لمركب الجرافين النانوي الذهبي المغلف بالغمس طريقة واعدة لتعزيز معلمات أداء مستشعرات الألياف الضوئية.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.