[發明專利]超高分辨折射率儀

在審

• 申請號: 201610735875.5
• 申請日: 2016-08-26
• 公開（公告）號: CN107064061A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 陳凡;曹莊琪
• 申請（專利權）人: 復拓科學儀器（蘇州）有限公司
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 成立珍

技術領域

本發明涉及的是一種檢測溶液或氣體濃度變化的儀器，屬于精密分析與測量儀器領域。

背景技術

隨著我國國民經濟的快速發展，人口的不斷增加，環境污染已成為嚴重損害人民健康的重大問題，越來越多的人們開始關注大氣中有毒有害氣體，以及江河、湖泊和海洋中有機物和重金屬離子的水污染。對大氣和水中有毒物質含量的精細檢測已成為一項有重要意義的課題。

生物分子的相互作用以及溶液中的化學反應引起的分子結構變化都會產生折射率的微小變化，這種微小變化的檢測是識別病毒和不同分子的重要手段。目前檢測大氣和水中物質濃度的常用方法有以下幾種：阿貝折射儀全反射臨界角法、使用分光計的最小偏向角法、邁克耳遜干涉儀等傾干涉法，以及原子吸收法、分光光度法、原子熒光光譜和高效液相色譜等技術，這些技術有的靈敏度不高、檢出限低；有的光路調整復雜，測量過程時間長，不利于實時測量；或需要大型昂貴的設備，檢測成本高，難以推廣應用。

發明內容

本專利針對以上技術中存在的缺陷，提出了一種可探測折射率變化為Δn～2.0x10^-7量級的測量方案，該方案采用一種新型的導波層厚度為5mm的超厚空芯金屬包覆波導結構。這種超厚波導最高階導模的有效折射率具有N→0的特點。實驗時，激光以接近于0度角直接入射于波導的表面(自由空間耦合技術)激發這種波導中的最高階導模。由于該導模激發，反射光中將出現因衰減全反射(ATR)而出現的吸收黑線，反映樣品濃度(折射率)的黑線位置由CCD記錄。當樣品濃度產生微小變化時，黑線的位置隨著移動，從而可從移動的大小估算濃度的變化，或Δn的變化。由于衰減全反射(ATR)吸收峰移動的靈敏度與有效折射率成反比，因此，以有效折射率N→0的導模作為探針，可確保折射率變化為Δn～2.0x10^-7量級的分辨率。

附圖說明

圖1為空芯金屬包覆波導結構示意圖。

圖2為Δn～2.0×10-7的折射率變化引起的ATR曲線移動。

本專利是通過以下技術方案實現的，超高分辨折射率儀裝置包括：超厚空芯金屬包覆波導組件、光電發射與信號探測模塊、用于樣品輸入、輸出以及樣品室清洗所需的蠕動泵組件C，所有元件的相對位置都固定不動。

空芯金屬包覆波導包括：上層金屬膜、平板玻璃、樣品室、玻璃墊圈、下層金屬膜、玻璃襯底、進樣通道和出樣通道等部件。上層金屬膜沉積在平板玻璃的表面，下層金屬膜沉積在玻璃襯底的底面。為保證波導腔的平行度，首先，玻璃墊圈要求有較高的平行度；其次，平板玻璃、玻璃墊圈、和玻璃襯底必須用光膠技術組裝在一起。上下平板玻璃和玻璃墊圈的厚度之和即為波導層的厚度，而玻璃墊圈的厚度即為樣品室的厚度。玻璃襯底上開兩個通孔，分別是空芯金屬包覆波導結構A的進樣通道和出樣通道，待測樣品通過進樣通道進入樣品池，而廢棄樣品通過出樣通道排出。

光電發射與信號探測模塊包括：激光器和CCD探測元件。激光器發射的平行光以一定角度入射于超厚空芯金屬包覆波導的表面，反射光由CCD探測元件接收。

用于樣品輸入、輸出以及樣品室清洗所需的蠕動泵組件C包括：軟管和蠕動泵。

本發明具有以下優點：(1)用超厚空芯金屬包覆波導作為樣品室和共振腔，具有高功率密度和高品質因子(Q值)；(2)以有效折射率N→0的導模作為探針，具有高靈敏度，可確保折射率變化為Δn～10^-7量級的分辨率；(3)樣品既可是液體也可是氣體；(4)結構簡單、操作方便、成本低廉。