CN101226144A - 基于表面等离子共振技术的在线折射率计 - Google Patents
基于表面等离子共振技术的在线折射率计 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101226144A CN101226144A CN 200810059846 CN200810059846A CN101226144A CN 101226144 A CN101226144 A CN 101226144A CN 200810059846 CN200810059846 CN 200810059846 CN 200810059846 A CN200810059846 A CN 200810059846A CN 101226144 A CN101226144 A CN 101226144A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spr sensor
- peristaltic pump
- plasma resonance
- surface plasma
- position valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 8
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 abstract 3
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 abstract 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计。它包括多位阀、蠕动泵、微型流通池、SPR传感器、信号检测与控制器和计算机；多位阀出口与微型流通池的进口相连接，微型流通池与SPR传感器贴合设置，微型流通池的出口与蠕动泵的进口相连接，蠕动泵出口直接连接到废液池；计算机与信号检测与控制器相连接，信号检测与控制器分别与SPR传感器、多位阀、蠕动泵相连接。本发明检测器以微细加工技术制作流动池，采用高质量SPR芯片作为传感器，采用C8051F020控制芯片进行控制、模数转换、运算处理，信号处理电路对信号进行放大滤波处理，计算机分析处理，具有通用性好、灵敏度高、微量进样、小型和价廉等的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术、微控制器(MCU)技术、数字通信技术，尤其涉及一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计。
背景技术
SPR(英文全称surface plasmon resonance)是表面等离子体共振的简称。光在玻璃与金属界面处发生全反射时产生的倏逝波会引发金属表面的自由电子产生表面等离子(surface plasmon，SP)，当表面等离子与倏逝波的频率和波数相同时，就会产生表面等离子共振。这种现象会使反射光的强度突然降低，并且对金属薄膜表面介质的折射率非常敏感。自从1983年Liedberg等将SPR技术用于IgG蛋白质与其抗原的相互反应测定之后，SPR技术以其灵敏度高、所需试样少、样品无需标记及检测速度快等特点被广泛用于生化、医疗、食品、环境等监测领域，成为传感器研究领域的热点。
折射率是表征各种材料光学性质的重要参数，折射率计是测量该参数的常用仪器，如何设计精密可靠的折射率仪器在教学、科研、医学领域都起着十分重要的作用。传统折射率仪都基于全反射原理设计制作，如比较普遍的阿贝折射仪，其折射率的测量分辨率为10-4～10-5折射率单位(RIU)左右，是目前测量折射率精度较高的仪器。但是，阿贝折射仪要求溶剂的折射率在测量时无变化，并在被测溶液为微量和低浓度时检测的效果并不好。前两年，国内外也出现一种新型的折射率仪，它基于菲涅尔原理，通过表面反射率的方法求得折射率值。但也由于其线性范围小(模拟信号处理)，稳定性差等因素在应用上受到制约。还有诸如光纤传感式材料折射仪，基于CMOS图象传感器的液体折射率计等。由于技术复杂，导致测量方法尚不成熟，因而也并非十分理想。
SPR检测技术是一种新型的光电检测技术，具有检测灵敏度高、抗电磁干扰性能好、样品需要量少等特点，其检测灵敏度可达到1×10-6RIU(折射率单位)。
发明内容
本发明的目的是提供一种通用性强、灵敏度高、微量进样、小型且价廉的基于表面等离子共振技术的在线折射率计。
基于表面等离子共振技术的在线折射率计包括多位阀、蠕动泵、微型流通池、SPR传感器、信号检测与控制器和计算机；多位阀出口与微型流通池的进口相连接，微型流通池与SPR传感器贴合设置，微型流通池的出口与蠕动泵的进口相连接，蠕动泵出口直接连接到废液池；计算机与信号检测与控制器相连接，信号检测与控制器分别与SPR传感器、多位阀、蠕动泵相连接。
所述的信号检测与控制器的内部模块连接关系为：控制芯片C8051F020与通信电路、SPR传感器相连接，其中通信电路为串口通信电路或UART转USB芯片电路；SPR传感器与信号处理电路、控制芯片C8051F020相连接。多位阀为C22-3183EH两位微电动3通切换阀。
SPR传感器包括壳体、传感装置、传感控制电路，其中，传感装置包括LED光源、偏振片、直角棱镜、金属膜、CCD探测器，直角棱镜下表面镀有金属膜，LED光源位于直角棱镜左表面，偏振片位于LED光源与直角棱镜左表面之间，CCD探测器位于直角棱镜右表面。
传感控制电路为：拨码开关与可编程逻辑器件、线阵CCD、运算放大器、AD转换器、控制芯片C805 1F020相连接。
微型流通池由金属膜、垫片及下基片构成，金膜、垫片、下基片由上至下依次紧紧叠加在一起，垫片上设有导流槽，下基片上设有进孔、出孔，垫片上的导流槽和下基片上的进孔、出孔连通构成导流通道。
本发明检测器以微细加工技术制作流动池，采用高质量SPR芯片作为传感器，采用C8051F020控制芯片进行控制、模数转换、运算处理，信号处理电路对信号进行放大滤波处理，计算机分析处理，具有通用性好、灵敏度高、微量进样、小型和价廉等的优点。
附图说明
图1为基于表面等离子共振技术的在线折射率计的结构示意框图；
图2为本发明的信号检测与控制器结构示意框图；
图3为本发明的SPR传感器的传感装置结构示意图；
图4为本发明的SPR传感器的传感控制电路框图
图5为本发明的微型流通池的结构示意图；
图6为本发明的带有导流槽的垫片结构示意图；
图7为本发明的带有进、出孔的下基片的结构示意图；
图8为本发明的上位机软件功能模块图。
具体实施方式
如图1所示，基于表面等离子共振技术的在线折射率计包括多位阀、蠕动泵、微型流通池、SPR传感器、信号检测与控制器和计算机；多位阀出口与微型流通池的进口相连接，微型流通池与SPR传感器贴合设置，微型流通池的出口与蠕动泵的进口相连接，蠕动泵出口直接连接到废液池；计算机与信号检测与控制器相连接，信号检测与控制器分别与SPR传感器、多位阀、蠕动泵相连接。多位阀为C22-3183EH两位微电动3通切换阀。选择不同多位阀口，实现对纯净水或待测流物的进样选择；启动蠕动泵，让待测流物平稳流经SPR传感器表面，可实时在线对流经表面的流物折射率进行监测；微型流通池为待测流物提供导流通道；SPR传感器将通过微型流通池的待测流物的折射率转化为光谱信号。计算机发送各种控制或测量命令至信号检测与控制器，同时通过分析SPR光强分布信号计算出被测样品折射率，并具有显示、保存、设置等功能。
如图2所示，信号检测与控制器的内部模块连接关系为：控制芯片C8051F020与通信电路、SPR传感器相连接，其中通信电路为串口通信电路或UART转USB芯片电路；SPR传感器与信号处理电路、控制芯片C8051F020相连接。信号处理电路用于对光谱信号进行放大滤波处理；控制芯片发出SPR传感器需要的控制信号，同时对光谱信号进行模数转换和简单的运算处理；通信电路用于将控制芯片采集到的SPR光谱信号数据传送到计算机，并将计算机下发的泵阀控制命令传送至相应的泵阀。
如图3所示，SPR传感器包括壳体、传感装置、传感控制电路，其中，传感装置包括LED光源1、偏振片2、直角棱镜3、金属膜4、CCD探测器5，直角棱镜3下表面镀有金属膜4，LED光源1位于直角棱镜3左表面，偏振片2位于LED光源1与直角棱镜3左表面之间，CCD探测器5位于直角棱镜3右表面。LED光源1发出的光束通过偏振片2后入射到金膜4表面，其反射光经直角棱镜3后再反射给CCD探测器5，CCD探测器5输出即为反映样品折射率的SPR光谱信号。
如图4所示，传感控制电路为：拨码开关通过CPLD(可编程逻辑器件)与线阵CCD相连接，其中CCD驱动器通过拨码开关设定功能，线阵CCD记录光强模拟信号，线阵CCD与运算放大器、AD转换器、控制芯片C8051F020，相连，线阵CCD接收的光信号通过运算放大器与AD转换器转换后通过I/O口线将数字信号传至控制芯片C8051F020，其中控制芯片C8051F020与线阵CCD及其驱动器通过I/O口线通信。
如图5、6、7所示，微型流通池由金属膜4、垫片6及下基片7构成，金膜4、垫片6、下基片7由上至下依次紧紧叠加在一起，垫片6上设有导流槽，下基片7上设有进孔、出孔，垫片6上的导流槽和下基片7上的进孔、出孔连通构成导流通道。待测流物从下基片的进孔流入，出孔流出。垫片既限制流通池的容积，又用于保护SPR传感器的金膜不被硬物划伤。
如图8所示，本发明在线折射率计的计算机控制软件主要包括文件管理、初始化、参数设置、传感器校准、与微机系统的双向通信、数据分析与处理、结果显示等模块。其中，初始化包括了传感器初始化和初始测量，传感器初始化是指CCD积分时间、LED亮度的设置，初始测量是指暗电流、空气背景信号的测量；参数设置包括进样参数的设置、SPR曲线分析方法的选择及其参数的设定；传感器校准是用去离子水作为校准物，使传感器获得折射率为1.333稳定的测量基准；与微机系统的双向通信是指上位机软件通过RS232或USB接口向信号检测与控制系统发送各种命令，接收检测数据或状态信息；数据分析与处理是结合某种SPR曲线分析方法分析SPR传感器输出的光强分布信号，获得传感器的共振像素位置，根据共振像素计算出被测溶液的折射率。
实际使用时，将多位阀中心输出管连接到微型流通池的进孔，待测流物通过金属膜4表面从出孔流出。流物的折射率信息通过SPR传感器被实时转换为光谱信号。控制芯片C8051F020发出控制信号，对SPR传感器中的LED光源的亮度和CCD探测器的积分时间进行控制；当样品流过安装于SPR传感器表面的微型流通池时，SPR传感器的CCD探测器就会输出与样品折射率有相关性的SPR光谱信号；该信号经信号处理电路处理后，由控制芯片对SPR光谱信号进行模数转换和简单的运算处理；然后再通过串口或USB接口将数据传送给计算机；计算机通过对SPR光谱信号的分析，实现流物的检测。
Claims (6)
1.一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于包括多位阀、蠕动泵、微型流通池、SPR传感器、信号检测与控制器和计算机；多位阀出口与微型流通池的进口相连接，微型流通池与SPR传感器贴合设置，微型流通池的出口与蠕动泵的进口相连接，蠕动泵出口直接连接到废液池；计算机与信号检测与控制器相连接，信号检测与控制器分别与SPR传感器、多位阀、蠕动泵相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于所述的信号检测与控制器的内部模块连接关系为：控制芯片C8051F020与通信电路、SPR传感器相连接，其中通信电路为串口通信电路或UART转USB芯片电路；SPR传感器与信号处理电路、控制芯片C8051F020相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于：所述的多位阀为C22-3183EH两位微电动3通切换阀。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于所述的SPR传感器包括壳体、传感装置、传感控制电路，其中，传感装置包括LED光源(1)、偏振片(2)、直角棱镜(3)、金属膜(4)、CCD探测器(5)，直角棱镜(3)下表面镀有金属膜(4)，LED光源(1)位于直角棱镜(3)左表面，偏振片(2)位于LED光源(1)与直角棱镜(3)左表面之间，CCD探测器(5)位于直角棱镜(3)右表面。
5.根据权利要求4所述的一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于所述的传感控制电路为：拨码开关与可编程逻辑器件、线阵CCD、运算放大器、AD转换器、控制芯片C8051F020相连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计，其特征在于所述的微型流通池由金属膜(4)、垫片(6)及下基片(7)构成，金膜(4)、垫片(6)、下基片(7)由上至下依次紧紧叠加在一起，垫片(6)上设有导流槽，下基片(7)上设有进孔、出孔，垫片(6)上的导流槽和下基片(7)上的进孔、出孔连通构成导流通道。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810059846 CN101226144A (zh) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | 基于表面等离子共振技术的在线折射率计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810059846 CN101226144A (zh) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | 基于表面等离子共振技术的在线折射率计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101226144A true CN101226144A (zh) | 2008-07-23 |
Family
ID=39858264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200810059846 Pending CN101226144A (zh) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | 基于表面等离子共振技术的在线折射率计 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101226144A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102183507A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-14 | 吉林大学 | 一种长程表面等离子体激励表面增强拉曼散射的方法 |
| CN104198480A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 浙江大学 | 一种水质季铵盐检测试纸及其制备方法 |
| CN104713851A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-17 | 吉林大学 | 小型化实时在线海上溢油检测系统 |
| CN106442423A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种基于spr传感原理的接触式海上溢油监测系统 |
| CN112005096A (zh) * | 2018-04-27 | 2020-11-27 | 赛莱默欧洲有限公司 | 流通池、组件和方法 |
-
2008
- 2008-02-19 CN CN 200810059846 patent/CN101226144A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102183507A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-14 | 吉林大学 | 一种长程表面等离子体激励表面增强拉曼散射的方法 |
| CN102183507B (zh) * | 2011-03-01 | 2012-11-21 | 吉林大学 | 一种长程表面等离子体激励表面增强拉曼散射的方法 |
| CN104198480A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 浙江大学 | 一种水质季铵盐检测试纸及其制备方法 |
| CN104713851A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-17 | 吉林大学 | 小型化实时在线海上溢油检测系统 |
| CN106442423A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种基于spr传感原理的接触式海上溢油监测系统 |
| CN112005096A (zh) * | 2018-04-27 | 2020-11-27 | 赛莱默欧洲有限公司 | 流通池、组件和方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201984033U (zh) | 一种用于液相微流分析系统的spr检测器 | |
| CN108680505B (zh) | 一种多通道波长调制型光纤spr检测系统 | |
| JP3152758U (ja) | 表面プラズマ共鳴測定器 | |
| CN108449968B (zh) | 手持野外便携式表面等离子体共振装置及其在化学和生物试剂的检测中的应用 | |
| CN103630509A (zh) | 一种在线检测农药浓度的装置及其检测方法 | |
| CN102590147B (zh) | 灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统及方法 | |
| CN102967583B (zh) | 一种用于测量液相气体折射率的测量仪及方法 | |
| CN102519914B (zh) | 基于激光共聚焦成像的波长调制表面等离子共振检测装置 | |
| CN101226144A (zh) | 基于表面等离子共振技术的在线折射率计 | |
| CN101246119B (zh) | 一种光纤生物传感系统 | |
| CN106990086A (zh) | 一种多通道倏逝波全光纤生物传感器 | |
| JP2018517154A5 (zh) | ||
| CN101441175A (zh) | 基于激光扫面共聚焦显微系统的表面等离子共振检测装置 | |
| CN101216424A (zh) | 基于表面等离子共振技术的全自动浓度测定装置 | |
| CN208350613U (zh) | 一种多通道波长调制型光纤spr检测系统 | |
| CN106501219A (zh) | 一种便携式多参数表面等离子体谐振生化分析仪 | |
| CN101059436A (zh) | 非扫描式智能数字化集成spr检测器 | |
| CN104614345A (zh) | 便携式光纤spr图像传感器 | |
| CN2430682Y (zh) | 高灵敏光度计 | |
| CN108333085B (zh) | 一种具有电容及颜色补偿的光电式垂线含沙量检测方法 | |
| CN206696173U (zh) | 一种在线水质分析仪 | |
| CN102128809B (zh) | 表面等离子共振传感器芯片组件及柱面棱镜芯片 | |
| CN206945542U (zh) | 一种总磷总氮水质在线监测仪 | |
| CN107356770A (zh) | 一种全自动表面等离子体共振检测仪 | |
| CN2575678Y (zh) | 化工流程化学成分实时在线小型光谱检测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080723 |