CN108169206A - 一种微型检测装置及检测方法 - Google Patents

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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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Abstract

本发明公开了一种微型检测装置及检测方法，包括激发光源、检测探头、拉曼光谱分析仪以及使光线沿激发光源、检测探头、拉曼光谱分析仪之间单向传输的光纤环形器，其特征在于，所述检测探头内设有真空腔以及与真空腔连通的空心光子晶体光纤和气泵，所述空心光子晶体光纤内空腔内壁上设有纳米结构的金属层，本发明的有益效果是：本发明采用空心光子晶体光纤与表面增强拉曼散射技术相结合，大大提高了拉曼散射信号，同时采用光纤作为光的传输介质，采用光纤型器件作为分光元件，因而该系统为全光纤结构，小型便携，适合于各种应用场合，且检测灵敏度非常高，适合于痕量检测也适用于高浓度的检测，具有非常高的效率。

Description

一种微型检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及食品药品检测领域，具体是一种微型检测装置及检测方法。
背景技术
食品药品安全是关乎人类生命健康和民生国计的重要问题，近年来，食药品安全问题成为社会各界的焦点问题。食药品安全检测是保证食药品安全的重要手段，有着非常重要的意义。特别是对于快检行业，需要具有高灵敏度的小型化快速检测设备，来满足日益增长的食药品检测需求。目前存在的检测技术主要有以下几类：色谱仪，质谱仪，生物化学方法、光谱技术等。色谱仪、质谱仪系统较复杂，属于较大型设备，主要应用于实验室检测，检测周期较长；生物化学方法一直被广泛应用于食药品的安全检测领域，可以达到较高的检测灵敏度，但是生物化学的方法一般均需要采用试剂等检测手段，反应耗时长；光谱技术包括吸收光谱、发射光谱和散射光谱，光谱分析是一种无损的快速检测技术，分析成本低，特别是拉曼散射光谱，对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关，只和样品的振动转动能级有关，具有分子的指纹特征，可以实现全谱段的测量。
拉曼光谱由于其散射截面较小并且受到荧光背景的影响，拉曼散射信号较微弱，甚至被淹没在背景噪声中。得益于激光技术以及纳米科技的快速发展，拉曼信号被不断增强，特别是一些拉曼分析技术的快速发展，比如显微共焦拉曼光谱技术、傅里叶变化拉曼光谱技术、共振增强拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱技术等，拉曼光谱检测技术成为食药品安全检测的有力工具。但是由于复杂的光路系统，这些拉曼光谱分析技术很少被用于小型化的快速检测设备，以致目前小型化便携检测设备的灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型检测装置及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微型检测装置，包括激发光源、检测探头、拉曼光谱分析仪以及使光线沿激发光源、检测探头、拉曼光谱分析仪之间单向传输的光纤环形器，其特征在于，所述检测探头内设有真空腔以及与真空腔连通的空心光子晶体光纤和气泵，所述空心光子晶体光纤内空腔内壁上设有纳米结构的金属层。
作为本发明进一步的方案：所述激发光源为激光光源，所述激光光源选用非待测样品荧光光谱区内的光源。
作为本发明进一步的方案：所述激发光源、检测探头、拉曼光谱分析仪与光纤环形器之间通过传输光纤进行光路连接。
作为本发明进一步的方案：所述真空腔与传输光纤及空心光子晶体光纤之间通过密封连接。
作为本发明进一步的方案：所述金属层为金属纳米颗粒层。
作为本发明进一步的方案：所述检测方法包括以下步骤；
1)制备检测探头，在制备的过程中，将空心光子晶体光纤一端放置在金属纳米溶液内，另一端与真空腔进行密封连接，启动气泵，在真空腔和空心光子晶体光纤内建立负压环境，进而使金属纳米壳体在压力的作用下进入空心光子晶体光纤内，最后通过高温蒸发的方法将金属纳米颗粒附着在空心光子晶体光纤内壁上。
2)将检测探头内的空心光子晶体光纤放置到待测溶液内，同时启动气泵，通过气泵将待测溶液泵入到空心光子晶体光纤内。
3)选择合适的激光光源，并启动激发光源，通过传输光纤将激发光传输到空心光子晶体光纤内，使得激发光在空心光子晶体光纤内于待测溶液相互作用并产生拉曼散射，由于空心光子晶体光纤内壁设有纳米金属颗粒层，因而可以形成表面增强拉曼散射。
4)增强后的拉曼散射光波通过传输光纤传输到拉曼光谱分析仪内，拉曼光谱分析仪通过对探测产生的拉曼散射光波进行测量并与标准拉曼散射光谱进行比对，进而可以得出待测溶液的成分以及浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用空心光子晶体光纤与表面增强拉曼散射技术相结合，大大提高了拉曼散射信号，同时采用光纤作为光的传输介质，采用光纤型器件作为分光元件，因而该系统为全光纤结构，小型便携，适合于各种应用场合，且检测灵敏度非常高，适合于痕量检测也适用于高浓度的检测，具有非常高的效率。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明的检测探头剖视图。
图3为本发明检测探头的光纤剖视图。
图4为本发明的检测探头制备原理图。
图中：1-激发光源、2-光纤环形器、3-拉曼光谱分析仪、4-检测探头、5-真空腔、6-空心光子晶体光纤、7-金属层、8-气泵、9-金属纳米溶液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种微型检测装置及检测方法，包括激发光源1、检测探头4、拉曼光谱分析仪3以及使光线沿激发光源1、检测探头4、拉曼光谱分析仪3之间单向传输的光纤环形器2，激发光源1为激光光源，且在选择激光波长的过程中应该避开待测物的荧光光谱的波长范围，光纤环形器2为使得光波在激发光源1到检测探测4、检测探测4到拉曼光谱分析仪3之间可以单向传输，检测探头4内设有真空腔5以及与真空腔5连通的空心光子晶体光纤6和气泵8，空心光子晶体光纤6内空腔5内壁上设有纳米结构的金属层7，金属纳米颗粒层是通过真空腔5负压将金属纳米粒子溶液压入到空心光子晶体光纤6内，然后在通过高温蒸发的方式使金属纳米颗粒附着在空心光子晶体光纤6内壁上，进而形成检测探头4，在检测探头4中，空心光子晶体光纤6、传输光纤、气泵8与正空腔5之间为密封连接。
本发明结构新颖，运行稳定，本发明在使用时，将检测探头4中的空心光子晶体光纤6放置到待测溶液中，然后启动气泵8，在真空腔5和空心光子晶体光纤6中形成负压环境，进而可以将待测溶液泵入到空心光子晶体光纤6内，然后选择合适波长的激光光源并启动激发光源1，通过传输光纤将激发光源1产生的激光传输到空心光子晶体光纤6内，进而使得激光与空心光子晶体光纤6的待测溶液相互作用并产生拉曼散射，由于空心光子晶体光纤6内壁设有金属纳米颗粒涂层，因而可以对拉曼散射形成增加，产生表面增强拉曼散射，然后增强后的拉曼散射光波通过传输光纤传输到拉曼光谱分析仪3内，再通过将测得的拉曼散热光波与标准拉曼散射光谱进行比对，进而可以反演处出待测样品的成分以及浓度，在检测完成后，可以通过气泵8向真空腔5内泵入气体，使真空腔5内处于高压状态，进而可以将空心光子晶体光纤6内的待测溶液吹除，达到对空心光子晶体光纤6的清洗，以提高对不同待测样品的测量精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种微型检测装置，包括激发光源(1)、检测探头(4)、拉曼光谱分析仪(3)以及使光线沿激发光源(1)、检测探头(4)、拉曼光谱分析仪(3)之间单向传输的光纤环形器(2)，其特征在于，所述检测探头(4)内设有真空腔(5)以及与真空腔(5)连通的空心光子晶体光纤(6)和气泵(8)，所述空心光子晶体光纤(6)内空腔内壁上设有纳米结构的金属层(7)。
2.根据权利要求1所述的一种微型检测装置，其特征在于，所述激发光源(1)为激光光源，所述激光光源选用非待测样品荧光光谱区内的光源。
3.根据权利要求1所述的一种微型检测装置，其特征在于，所述激发光源(1)、检测探头(4)、拉曼光谱分析仪(3)与光纤环形器(2)之间通过传输光纤进行光路连接。
4.根据权利要求1所述的一种微型检测装置，其特征在于，所述真空腔(5)与传输光纤及空心光子晶体光纤(6)之间通过密封连接。
5.根据权利要求1所述的一种微型检测装置，其特征在于，所述金属层(7)为金属纳米颗粒层。
6.如权利要求1所述的一种拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤；
1)制备检测探头(4)，在制备的过程中，将空心光子晶体光纤(6)一端放置在金属纳米溶液(9)内，另一端与真空腔(5)进行密封连接，启动气泵(8)，在真空腔(5)和空心光子晶体光纤(6)内建立负压环境，进而使金属纳米壳体在压力的作用下进入空心光子晶体光纤(6)内，最后通过高温蒸发的方法将金属纳米颗粒附着在空心光子晶体光纤(6)内壁上；
2)将检测探头(4)内的空心光子晶体光纤(6)放置到待测溶液内，同时启动气泵(8)，通过气泵(8)将待测溶液泵入到空心光子晶体光纤(6)内；
3)选择合适的激光光源，并启动激发光源(1)，通过传输光纤将激发光传输到空心光子晶体光纤(6)内，使得激发光在空心光子晶体光纤(6)内于待测溶液相互作用并产生拉曼散射，由于空心光子晶体光纤(6)内壁设有纳米金属颗粒层，因而可以形成表面增强拉曼散射；
4)增强后的拉曼散射光波通过传输光纤传输到拉曼光谱分析仪(3)内，拉曼光谱分析仪(3)通过对探测产生的拉曼散射光波进行测量并与标准拉曼散射光谱进行比对，进而可以得出待测样品的成分以及浓度。
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