[發明專利]基于表面等離子共振技術的在線折射率計

無效

• 申請號: 200810059846.7
• 申請日: 2008-02-19
• 公開（公告）號: CN101226144A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 王曉萍;詹舒越;沈平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/55
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及光電檢測技術、微控制器(MCU)技術、數字通信技術，尤其涉及一種基于表面等離子共振技術的在線折射率計。

背景技術

SPR(英文全稱surface?plasmon?resonance)是表面等離子體共振的簡稱。光在玻璃與金屬界面處發生全反射時產生的倏逝波會引發金屬表面的自由電子產生表面等離子(surface?plasmon，SP)，當表面等離子與倏逝波的頻率和波數相同時，就會產生表面等離子共振。這種現象會使反射光的強度突然降低，并且對金屬薄膜表面介質的折射率非常敏感。自從1983年Liedberg等將SPR技術用于IgG蛋白質與其抗原的相互反應測定之后，SPR技術以其靈敏度高、所需試樣少、樣品無需標記及檢測速度快等特點被廣泛用于生化、醫療、食品、環境等監測領域，成為傳感器研究領域的熱點。

折射率是表征各種材料光學性質的重要參數，折射率計是測量該參數的常用儀器，如何設計精密可靠的折射率儀器在教學、科研、醫學領域都起著十分重要的作用。傳統折射率儀都基于全反射原理設計制作，如比較普遍的阿貝折射儀，其折射率的測量分辨率為10^-4～10^-5折射率單位(RIU)左右，是目前測量折射率精度較高的儀器。但是，阿貝折射儀要求溶劑的折射率在測量時無變化，并在被測溶液為微量和低濃度時檢測的效果并不好。前兩年，國內外也出現一種新型的折射率儀，它基于菲涅爾原理，通過表面反射率的方法求得折射率值。但也由于其線性范圍小(模擬信號處理)，穩定性差等因素在應用上受到制約。還有諸如光纖傳感式材料折射儀，基于CMOS圖象傳感器的液體折射率計等。由于技術復雜，導致測量方法尚不成熟，因而也并非十分理想。

SPR檢測技術是一種新型的光電檢測技術，具有檢測靈敏度高、抗電磁干擾性能好、樣品需要量少等特點，其檢測靈敏度可達到1×10^-6RIU(折射率單位)。

發明內容

本發明的目的是提供一種通用性強、靈敏度高、微量進樣、小型且價廉的基于表面等離子共振技術的在線折射率計。

基于表面等離子共振技術的在線折射率計包括多位閥、蠕動泵、微型流通池、SPR傳感器、信號檢測與控制器和計算機；多位閥出口與微型流通池的進口相連接，微型流通池與SPR傳感器貼合設置，微型流通池的出口與蠕動泵的進口相連接，蠕動泵出口直接連接到廢液池；計算機與信號檢測與控制器相連接，信號檢測與控制器分別與SPR傳感器、多位閥、蠕動泵相連接。

所述的信號檢測與控制器的內部模塊連接關系為：控制芯片C8051F020與通信電路、SPR傳感器相連接，其中通信電路為串口通信電路或UART轉USB芯片電路；SPR傳感器與信號處理電路、控制芯片C8051F020相連接。多位閥為C22-3183EH兩位微電動3通切換閥。

SPR傳感器包括殼體、傳感裝置、傳感控制電路，其中，傳感裝置包括LED光源、偏振片、直角棱鏡、金屬膜、CCD探測器，直角棱鏡下表面鍍有金屬膜，LED光源位于直角棱鏡左表面，偏振片位于LED光源與直角棱鏡左表面之間，CCD探測器位于直角棱鏡右表面。

傳感控制電路為：撥碼開關與可編程邏輯器件、線陣CCD、運算放大器、AD轉換器、控制芯片C805?1F020相連接。

微型流通池由金屬膜、墊片及下基片構成，金膜、墊片、下基片由上至下依次緊緊疊加在一起，墊片上設有導流槽，下基片上設有進孔、出孔，墊片上的導流槽和下基片上的進孔、出孔連通構成導流通道。

本發明檢測器以微細加工技術制作流動池，采用高質量SPR芯片作為傳感器，采用C8051F020控制芯片進行控制、模數轉換、運算處理，信號處理電路對信號進行放大濾波處理，計算機分析處理，具有通用性好、靈敏度高、微量進樣、小型和價廉等的優點。

附圖說明

圖1為基于表面等離子共振技術的在線折射率計的結構示意框圖；

圖2為本發明的信號檢測與控制器結構示意框圖；

圖3為本發明的SPR傳感器的傳感裝置結構示意圖；

圖4為本發明的SPR傳感器的傳感控制電路框圖

圖5為本發明的微型流通池的結構示意圖；

圖6為本發明的帶有導流槽的墊片結構示意圖；

圖7為本發明的帶有進、出孔的下基片的結構示意圖；

圖8為本發明的上位機軟件功能模塊圖。

具體實施方式