[發明專利]一種基于光纖SPR傳感器的離子遷移譜儀

有效

• 申請號: 201810030730.4
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108226272B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 倪凱;郭開泰;宋祥祥;余泉;錢翔;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種基于光纖SPR傳感器的離子遷移譜儀，包括遷移管和與遷移管相耦合的檢測裝置，檢測裝置包括光譜儀、帶寬光源、光纖SPR傳感器，遷移管包括按樣品氣體的遷移方向依次設置的電離區、離子門、遷移區、聚焦區，光纖SPR傳感器的光纖探頭伸入遷移管內部，并通過光纖連接到帶寬光源和光譜儀，待測氣體產生的離子到達光纖探頭時，使特定波長的反射光強度在光纖中減弱，利用光譜儀檢測光纖中傳導的減弱的反射光所對應的波長，并根據離子門開啟時刻到光纖探頭檢測到信號的時刻，來確定離子在遷移管內的遷移時間，以結合檢測的波長信息和遷移時間信息鑒別待測氣體中所含的物質。該離子遷移譜儀響應速度快，檢測靈敏度和準確性高，尺寸小，靈活性強。

技術領域

本發明涉及離子遷移譜儀，特別是涉及一種基于光纖SPR傳感器的離子遷移譜儀。

背景技術

離子遷移譜(IMS)檢測技術是一種有效的化學物質分析方法，它是一種通過將氣體分子或空氣中的微粒電離，然后使帶電微粒子在電場中遷移，通過遷移速率的不同，來區分物質種類的檢測技術。現有的離子遷移譜儀的檢測裝置是法拉第盤，即一個導電的金屬片。帶電粒子撞擊在法拉第盤上會產生微弱電流，此電流信號經過放大后成為有用的檢測信號。以法拉第盤作為檢測器雖然已經比較成熟，但仍然存在著一些難以解決的弊端，例如約翰遜噪聲、增益帶寬積限制、空氣中電磁干擾、誘導電流等。

表面等離子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)傳感器是一種新型的光電檢測裝置，它的關鍵探測部分是一個基于表面等離子體共振效應的敏感區域，當入射光在滿足一定條件時，引起金屬自由電子的共振，從而使特定波長的反射光明顯減弱來實現傳感效應。SPR傳感器具有設備簡單、靈敏度高、穩定性好、響應快速的優點，已經在醫學、生物、環境、食品檢測、制藥等許多領域得到廣泛的應用。傳統的SPR傳感器為棱鏡式結構，體積較大，結構復雜。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于光纖SPR傳感器的離子遷移譜儀，消除傳統的法拉第盤存在約翰遜噪聲、受增益帶寬積限制、受空氣中電磁干擾影響以及存在誘導電流等缺點，提高離子遷移譜儀的響應速度、檢測靈敏度和檢測準確性，同時還獲得小尺寸、高靈活性以及低成本的優點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于光纖SPR傳感器的離子遷移譜儀，包括遷移管和與所述遷移管相耦合的檢測裝置，所述檢測裝置包括光譜儀和帶寬光源，所述遷移管包括按樣品氣體的遷移方向依次設置的電離區、離子門、遷移區和聚焦區，所述檢測裝置還包括光纖SPR傳感器，所述光纖SPR傳感器包括光纖探頭，所述光纖探頭伸入所述遷移管內部，并通過光纖連接到所述帶寬光源和所述光譜儀，待測氣體經電離后產生的離子依次經過所述離子門、所述遷移區、所述聚焦區，最終到達所述光纖探頭，其中當離子到達所述光纖探頭時，使來自所述帶寬光源的特定波長的反射光強度在所述光纖中減弱，利用所述光譜儀檢測所述光纖中傳導的減弱的反射光所對應的波長，并根據所述離子門開啟時刻到所述光纖探頭檢測到信號的時刻，來確定離子在所述遷移管內的遷移時間，以結合檢測的波長信息和遷移時間信息鑒別待測氣體中所含的物質。

進一步地：

所述光纖探頭包括由銀層覆蓋的光密介質，所述光密介質的一端與所述光纖耦合，所述光密介質的另一端設置有全反射鏡，所述銀層的外側設置有表面等離子體，來自所述光纖的入射光經過與所述表面等離子體相對應的光密介質表面和所述全反射鏡的反射后，出射光返回所述光纖。

所述光纖SPR傳感器還包括P型偏振片、光纖耦合器及耦合接頭，所述帶寬光源通過所述P型偏振片連接到所述光纖耦合器的第一端，所述光譜儀連接到所述光纖耦合器的第二端，所述光纖探頭通過所述耦合接頭連接到所述光纖耦合器的第三端。