[發明專利]一種基于腔增強表面等離子體共振的熒光檢測傳感裝置

在審

• 申請號: 202110552119.X
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113406047A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 李宜原;黃一槐;逯鑫淼;張輝朝;張鈺;黃博
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明公開了一種基于腔增強表面等離子體共振的熒光檢測傳感裝置，包括激光光源、帶通濾光單元、光束耦合器、高反腔單元、長波通濾光片、聚焦透鏡以及光信息接收單元和處理單元。激光光源發射的光束分別經過藍藻熒光激發帶通濾光片和葉綠素熒光激發帶通濾光片的篩選，在高反腔內發生多次反射，與被測液體發生充分接觸作用產生熒光，金屬層和納米顆粒層的等離子體共振作用對其進行二次增強放大后，被長波通濾光片引出腔外，經過聚焦透鏡后被光信息接收單位和處理單元接收和處理，得到藍藻與葉綠素的濃度。本裝置通過濾光片對光束進行篩選，實現不同物質濃度的檢測，并且可以提高檢測的精度和靈敏度。

技術領域

本發明屬于水質檢測技術領域，具體涉及一種基于腔增強表面等離子體共振的熒光檢測傳感裝置。

背景技術

水是生命之源，人類的生存和生活離不開水，但是水質污染問題在全球各個國家頻發，這不僅給國家帶來了巨大的經濟損失，更不斷地影響著人們的生活和身體健康。在水質污染方面，江河湖泊的富營養化問題日趨嚴重，富營養化會直接導致藍藻水華的產生，這會對周邊居民的正常生活造成極其嚴重的影響。所以對水中藍藻和葉綠素含量進行連續監測是極其必要的。

目前對藍藻和葉綠素的檢測多是通過藍藻和葉綠素在特定波長下的熒光強度來判斷其濃度的，熒光強度和藍藻與葉綠素的濃度成正比例關系。對比文件1(CN 102128799A)公開了一種水質檢測傳感器，該水質檢測傳感器可以在檢測藍藻濃度的同時檢測水中的有色可溶性有機物濃度，以達到對湖水富營養化的檢測和對藍藻爆發的預警。但是其精度較低，無法實現超低濃度的藍藻檢測。

為了提高水質檢測傳感器對水質參數的檢測靈敏度，對比文件2(CN 106092895A)公開了一種水體葉綠素濃度原位檢測裝置及其檢測方法，該水體檢測濃度原位檢測裝置使用六棱柱腔的全反射，增大激光光程，以提高檢測靈敏度，可以檢測到0.001-0.05μmol/L數量級濃度的葉綠素，具有熒光檢測準確率和靈敏度高的優點。但是當葉綠素的濃度小于0.001μmol/L數量級時，該水體檢測濃度原位檢測裝置可以檢測到的熒光光子數小于200，檢測靈敏度大大降低，難以繼續使用。

所以設計一種能對更低濃度的藍藻和葉綠素同時進行有效的清晰的檢測的裝置非常必要，它可以及時反映水中藍藻和葉綠素的含量，進而反映水質的情況，以利于我們及時發現水質存在的問題，并對其采取有效的緩解和解決措施。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于腔增強表面等離子體共振的熒光檢測傳感裝置，通過使用高反諧振腔增加激光光程，金屬層、金屬納米顆粒層的等離子體共振作用增強熒光強度，提高檢測精度和靈敏度，同時配合使用帶通濾光片單元，使用一個裝置實現對水體中藍藻和葉綠素含量的高精度檢測。

一種基于腔增強表面等離子體共振的熒光檢測傳感裝置，包括激光光源、帶通濾光單元、光束耦合器、高反腔單元、長波通濾光片、聚焦透鏡以及光信息接收單元和處理單元。

所述激光光源為頻率可調的可調諧激光器或多波長激光器，用于發射多種單一頻率的光束；帶通濾光片單元包括藍藻熒光激發帶通濾光片和葉綠素熒光激發帶通濾光片，用于選出藍藻或葉綠素熒光激發波段的光束，然后送入光束耦合器；高反腔單元包括密封進水口、密封出水口、高反腔以及金屬層與納米顆粒層；高反腔包括進光部、反射部和出光部。光束耦合器，設置在高反腔的進光部外側，和高反腔外切，用于將經過篩選的光耦合進高反腔單元中；金屬層與納米顆粒層設置在高反腔的反射部內側；長波通濾波片設置在高反腔的出光部外側，用于阻攔短波長的非熒光信號，使長波長的熒光信號通過，將熒光信號引出腔外；長波通濾波片的外側設置有光信息接收單元，在長波通濾波片和光信息接收單元還設置有聚焦透鏡，用于將通過長波通濾光片的熒光匯聚，并將熒光信號傳輸到光信息接收單元，處理單元對光信息接受單元接收到的信息進行分析處理，得到水體中藍藻和葉綠素的濃度。

作為優選，激光光源發出的光束的波長調節范圍為400～625nm。