[發(fā)明專利]基于波長調(diào)制型SPR技術(shù)折射率在線測定裝置及測定方法

無效

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• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102721668A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉憲華;石瀟漩
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種波長調(diào)制型SPR技術(shù)的折射率在線測定裝置及測定方法，主要應(yīng)用于環(huán)境檢測，生化等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

表面等離子體共振（surface?plasmon?resonance，以下簡稱SPR）是一種物理光學(xué)現(xiàn)象。wood在1902年時(shí)首次發(fā)現(xiàn)表面等離子體共振效應(yīng)，1957年ritchie從理論上解釋了界面能量損失，并提出了金屬界面固有的plasmon振蕩模型；1959年powell和swan用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Ritchie理論的正確性，1968年德國kretschman和otto各自采用ATR方法實(shí)現(xiàn)了SPR的光學(xué)激發(fā)，使得用簡單的光路組合設(shè)計(jì)SPR的研究成為可能。這兩個(gè)模型的提出為SPR傳感器的產(chǎn)生和應(yīng)用提供了廣闊的前景。1980年Gordon等首次采用SPR方法研究電化學(xué)界面的性質(zhì)，1982年nylander和liedberg等首次將SPR技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)傳感器領(lǐng)域，并成功研制出第一臺SPR傳感器，1989-1990年biosensorAB公司開發(fā)出了第一臺商業(yè)化的SPR生物傳感器，從此SPR傳感器的研究全面展開并不斷深入，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，以其靈敏度高，所需試劑少，藥品無需標(biāo)記以及檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)并廣泛應(yīng)用于生化，醫(yī)療，食品，環(huán)境等檢測領(lǐng)域，稱為傳感器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)

在金屬表面由于電子的橫向運(yùn)動(dòng)，形成了電子濃度地梯度分布，由此形成表面等離子體。當(dāng)光在金屬與棱鏡表面發(fā)生全反射時(shí)會產(chǎn)生倏逝波，當(dāng)表面等離子體和倏逝波的頻率和波矢相同時(shí)兩者就會產(chǎn)生共振，此時(shí)界面處全反射條件將被破壞，入射光與表面等離子體耦合共振，反射光的強(qiáng)度急劇降低，并出現(xiàn)最小值，呈現(xiàn)衰減全反射現(xiàn)象。表面等離子體共振對金屬薄膜表面待測物體的折射率非常敏感，通過對SPR反射光強(qiáng)特性的改變就可以確定折射率的變化。

折射率是透明材料的一個(gè)重要光學(xué)參數(shù)，目前測定折射率的方法很多，主要有全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法測量時(shí)被測材料要制成棱鏡，并且對棱鏡的技術(shù)要求條件很高，不便快速測量，全反射法隨方面快捷，但測量準(zhǔn)確度不高，根據(jù)全反射法原理制成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，而且要求在測量時(shí)不能出現(xiàn)變化，在實(shí)時(shí)在線監(jiān)測微量和低濃度時(shí)的效果不好，SPR靈敏度可達(dá)到10^-6RIU（折射率單位），并可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，當(dāng)折射率發(fā)生微小變化時(shí)立即便可監(jiān)測出來。

目前國內(nèi)外研制的SPR儀器基本上都是大型的專業(yè)化儀器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，零件精密難以更換，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，從而限制了該儀器的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種通用性強(qiáng)，測量精度高，小型價(jià)廉的基于波長調(diào)制型表面等離子體共振技術(shù)的折射率在線測定裝置

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于波長調(diào)制型SPR技術(shù)折射率在線測定裝置，包括光源，光路系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，SPR傳感器，光譜儀與計(jì)算機(jī)；進(jìn)樣池與SPR傳感器緊密貼合在一起，構(gòu)建成一個(gè)密閉的空間；微型進(jìn)樣池的出口與廢液缸相通；光譜儀與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對共振波長的在線監(jiān)測。

基于波長調(diào)制型SPR技術(shù)折射率在線測定方法，其特征是由光源-鹵鎢燈發(fā)出的光經(jīng)過光路系統(tǒng)后得到p偏振平行光，得到的光束以固定入射角入射到棱鏡及SPR芯片表面，反射的平行光由光纖接受傳送到光譜儀中，得到待測物體的共振波長和折射率；通過微量注射泵和六通閥將待測物體按既定流速注入到微型進(jìn)樣池中，達(dá)到在線監(jiān)測。

該測定裝置包括光源，光路系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，SPR傳感器，光譜儀與計(jì)算機(jī)；由光源-鹵鎢燈發(fā)出的光經(jīng)過光路系統(tǒng)后得到p偏振平行光，得到的光束以固定入射角入射到棱鏡及SPR芯片表面，反射的平行光由光纖接受傳送到光譜儀中，得到待測物體的共振波長和折射率。通過微量注射泵和六通閥將待測物體按既定流速注入到微型進(jìn)樣池中，達(dá)到在線監(jiān)測的目的。六通閥與微型進(jìn)樣池相連，微量進(jìn)樣池與SPR傳感器緊密貼合在一起，構(gòu)建成一個(gè)密閉的空間。微型進(jìn)樣池的出口與廢液缸相通。光源系統(tǒng)發(fā)出的光通過平行光管和偏振片后得到p偏振平行光，以固定的角度照射到SPR傳感器上，在反射光處通過光纖將反射光引入到光譜儀中。光譜儀與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對共振波長的在線監(jiān)測。達(dá)到檢測待測物體折射率的作用。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作迅捷，操作人員無需專業(yè)培訓(xùn)即可完成。分辨率高，采用波長調(diào)制型進(jìn)行SPR檢測，可以避免了傳統(tǒng)角度調(diào)制型復(fù)雜的角度調(diào)制裝置以及帶來的噪音。而且檢測迅速靈敏，測定過程簡單有效，并可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。

附圖說明

圖1波長調(diào)制型SPR折射率在線測定裝置圖；