[發明專利]一種高靈敏度微波分子光譜儀

有效

• 申請號: 201910545859.3
• 申請日: 2019-06-23
• 公開（公告）號: CN110412015B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 陳錢;顧文華;孫銘;吳楊慧;焦超
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/66
• 分類號: G01N21/66;G01N21/73
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明公開了一種高靈敏度微波分子光譜儀，包括微波腔，以及設置在微波腔內的氣體噴嘴和微波探測器，在微波腔內部設置局域電場增強結構，所述局域電場增強結構位于氣體噴嘴和微波探測器之間。本發明增加了檢測信號強度，提高了檢測結果的靈敏度和準確性，并且能夠通過組合多個電場增強結構，實現多個頻帶場增強，使用簡單，裝拆方便。

技術領域

本發明涉及分子檢測技術，具體涉及一種高靈敏度微波分子光譜儀。

背景技術

微波分子光譜儀能夠提供化學分子的結構信息，在界面和表面科學、材料分析、生物、醫學、食品安全、環境監測和國家安全等領域有著廣泛的應用前景。現有的傅里葉變換微波分子光譜儀主要有Balle-Flygare窄帶光譜儀和chirped-pulse寬帶光譜儀，它們先通過微波源有效激發待測分子，使之躍遷到更高的轉動能級上，當這些分子從高能級躍遷回低能級時，然后通過微波探測器探測其散射電磁波，得到精細的分子轉動能級譜線，再確定分子轉動慣量，結合同位素效應，求出分子中的原子核間距。然而，分子被入射電磁波有效激發然后再躍遷回低能級發出有效散射電磁波的幾率是很低的，因此通過上述方法測量的化學分子結構信息精確度較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內置場增強結構的高靈敏度微波分子光譜儀。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高靈敏度微波分子光譜儀，包括微波腔，以及設置在微波腔內的氣體噴嘴和微波探測器，在微波腔內部還設置局域電場增強結構，所述局域電場增強結構位于氣體噴嘴和微波探測器之間。

所述局域電場增強結構通過兩組支架固定在微波腔內壁。

每組支架由三根互相垂直的第一金屬條、第二金屬條、第三金屬條組成，每根金屬條上設置多個螺孔，其中第一金屬條是固定的，沿著微波腔軸線方向被焊接在微波腔內壁，所述第二金屬條和第三金屬條是可以活動的，所述第三金屬條通過螺絲與第一金屬條連接，所述第二金屬條通過螺絲與第三金屬條連接，還通過另一個螺絲和局域電場增強結構連接，通過調整螺釘的位置實現局域電場增強結構在三個維度上的位置變化。

所述局域場增強結構包括金屬密封圈和若干金屬片，所述金屬片設置在密封圈內壁形成鋸齒結構。

所述金屬密封圈和金屬片的材料采用鋁、金、銀或鉛。

所述金屬片均勻排布在金屬密封圈內壁。

所述金屬密封圈為圓形環結構或者矩形環結構。

所述金屬密封圈的寬度與金屬片的寬度一致，金屬密封圈的內外徑、寬度，以及金屬片的高度、厚度和間隔，均與LSPR的激發頻率和激發頻率下的電場增強倍數相關。

所述金屬密封圈和金屬片的尺寸由下述方法確定：通過三維電磁場仿真工具HFSS或CST建立初步模型，分別調節各個參數觀察在不同參數下微波腔內激發的局域增強電場的大小，電場值最大時對應的一組參數值即為氣體檢測過程中設計的局域場增強結構的尺寸。

所述微波腔內部設置不同尺寸的多個局域電場增強結構。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：1)在微波分子光譜儀內部放置電場增強結構，增加了檢測信號強度，提高了檢測結果的靈敏度和準確性；2)針對不同的氣體分子設計不同的增強結構，實現了對特定氣體分子的超高分辨能力；3)通過組合多個電場增強結構，能夠實現多個頻帶場增強；使用簡單，裝拆方便，可靈活組合使用。

附圖說明

圖1為本發明高靈敏度微波分子光譜儀的結構示意圖。

圖2為本發明環形局域場增強結構的示意圖。

圖3為本發明局域場增強結構的局部示意圖。

圖4為本發明支架的結構示意圖。

圖5為本發明支架與環結構的連接示意圖。