CN112229894A - 一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，包括：壳体、冷冻腔、激光发射器、吸纳口、吸纳管道、第一开关门、环形等离子工作腔，环形等离子工作腔与冷冻腔通过吸纳管道连接，吸纳口设置于冷冻腔上端，吸纳管道连接吸纳口，吸纳管道与环形等离子工作腔连接的位置设置有第一开关门，激光发射器设置于冷冻腔内部的顶面，环形等离子工作腔包括加热板、电荷检测板、若干极化半导体、弱电发生装置以及若干线圈组，加热板设置于环形等离子工作腔的内侧壁，电荷检测板设置于环形等离子工作腔的顶部，极化半导体沿环形等离子工作腔的内侧壁设置，弱电发生装置设置于相邻的两个极化半导体之间，线圈组围绕环形等离子工作腔内壁设置。

Description

一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台

技术领域

本发明涉及生物检测领域，尤其涉及一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台。

背景技术

传统分析生物样品中痕量元素的方法采用的是经典湿法消解、微波消解、或者是高压消解罐进行消解，其原理是利用硝酸或者双氧水的强氧化性对生物样品的分子链进行破坏，使其溶解成溶液，再进入ICP-MS进行检测。此类方法通常对样品的数量有较高的要求，一般消解样品最少在0.1g左右。并且，在消解过程中也会引入不必要的杂质元素。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)是一种固体样品直接引入技术，其基本原理是将激光微束聚焦于样品表面使之溶蚀汽化，由载气将蚀刻下来的微粒载入到等离子体中电离，再经质谱系统分析检测。作为一种适用于多种类型固体样品的引入方法，与干扰少、灵敏度高的电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)联用，开拓了质谱分析技术的新领域。

但是，以往LA-ICP-MS法在分析过程中多采用固体标样，或者采用溶液标样进行校正，固体标样在制备过程中采用粉末压片，熔融烧结等工艺，而对于生物样品则没有很好的标准制备方法。然而激光剥蚀过程中的重复性、固体样品的均匀性、固体样品本身的物理性质和表面状态、元素的分馏效应等严重影响着分析结果的准确性和精密度。

发明内容

发明目的：

针对然而激光剥蚀过程中的重复性、固体样品的均匀性、固体样品本身的物理性质和表面状态、元素的分馏效应等严重影响着分析结果的准确性和精密度的问题，本发明提供一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台。

技术方案：

一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，用于检测生物的痕量元素，包括：壳体、冷冻腔、激光发射器、吸纳口、吸纳管道、第一开关门、环形等离子工作腔，所述冷冻腔设置于所述壳体底部，所述环形等离子工作腔设置于所述冷冻腔上端，所述环形等离子工作腔与所述冷冻腔通过所述吸纳管道连接，所述吸纳口设置于所述冷冻腔上端，所述吸纳管道连接所述吸纳口，所述吸纳管道与所述环形等离子工作腔连接的位置设置有第一开关门，所述激光发射器设置于所述冷冻腔内部的顶面，所述环形等离子工作腔包括加热板、电荷检测板、若干极化半导体、弱电发生装置以及若干线圈组，所述加热板设置于所述环形等离子工作腔的内侧壁，所述电荷检测板设置于所述环形等离子工作腔的顶部，所述极化半导体沿所述环形等离子工作腔的内侧壁设置，所述弱电发生装置设置于相邻的两个所述极化半导体之间，所述线圈组围绕所述环形等离子工作腔内壁设置。

作为本发明的一种优选方式，在正面视角的正视图中，对于所述极化半导体，以所述极化半导体的正电荷聚集端为方向指针，所述极化半导体以顺时针方向设置。

作为本发明的一种优选方式，所述线圈组与所述极化半导体间隔设置，每个所述线圈组对应一个工作电源，所述工作电源设置于所述环形等离子工作腔的外侧壁。

作为本发明的一种优选方式，还包括氮气箱以及氮气通道，所述氮气箱设置于所述环形等离子工作腔旁，所述氮气箱与所述环形等离子工作腔通过所述氮气通道连接，所述氮气通道与所述环形等离子工作腔连接的位置设置有第二开关门。

作为本发明的一种优选方式，所述冷冻腔设置冷冻装置，所述吸纳口设置有压强调整装置，所述压强调整装置用于调整吸纳管道以及环形等离子工作腔中的气压。

作为本发明的一种优选方式，所述冷冻腔中放置冷冻盒，所述冷冻盒的横截面大小与所述冷冻腔的横截面大小一致，所述冷冻盒上表面镂空，所述冷冻盒用于盛放用于检测的生物材料，所述冷冻装置用于冷冻所述冷冻盒中盛放的生物材料。

作为本发明的一种优选方式，还包括粉碎箱，所述粉碎箱用于粉碎生物原料，所述粉碎箱包括进料口、两个横向旋转轴、两个碾碎块、物料通道以及收纳腔，所述进料口设置于所述粉碎箱上端，所述收纳腔设置于所述粉碎箱内，所述横向旋转轴连接所述碾碎块，所述横向旋转轴设置于所述物料通道内，所述物料通道连通所述进料口以及收纳腔。

作为本发明的一种优选方式，所述收纳腔的尺寸与所述冷冻腔的尺寸一致，在进行生物原料粉碎时，所述冷冻盒放置于所述收纳腔内。

本发明实现以下有益效果：

通过产生等离子体的方式剥离痕量元素，并利用元素对应的正电荷的量是固定的这个特点对等离子体中的原子电荷进行检测，从而精确的找出痕量元素对应的含量占比，避免了元素的分馏效应等严重影响着分析结果的准确性和精密度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明环形等离子工作腔示意图；

图3为本发明粉碎箱示意图。

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。

实施例一：

参考图为图1-3。一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，用于检测生物的痕量元素，包括：壳体1、冷冻腔2、激光发射器3、吸纳口4、吸纳管道5、第一开关门6、环形等离子工作腔7，所述冷冻腔2设置于所述壳体1底部，所述环形等离子工作腔7设置于所述冷冻腔2上端，所述环形等离子工作腔7与所述冷冻腔2通过所述吸纳管道5连接，所述吸纳口4设置于所述冷冻腔2上端，所述吸纳管道5连接所述吸纳口4，所述吸纳管道5与所述环形等离子工作腔7连接的位置设置有第一开关门6，所述激光发射器3设置于所述冷冻腔2内部的顶面，所述环形等离子工作腔7包括加热板8、电荷检测板9、若干极化半导体10、弱电发生装置11以及若干线圈组12，所述加热板8设置于所述环形等离子工作腔7的内侧壁，所述电荷检测板9设置于所述环形等离子工作腔7的顶部，所述极化半导体10沿所述环形等离子工作腔7的内侧壁设置，所述弱电发生装置11设置于相邻的两个所述极化半导体10之间，所述线圈组12围绕所述环形等离子工作腔7内壁设置。

作为本发明的一种优选方式，在正面视角的正视图中，对于所述极化半导体10，以所述极化半导体10的正电荷聚集端为方向指针，所述极化半导体10以顺时针方向设置。

作为本发明的一种优选方式，所述线圈组12与所述极化半导体10间隔设置，每个所述线圈组12对应一个工作电源，所述工作电源设置于所述环形等离子工作腔7的外侧壁。

作为本发明的一种优选方式，还包括氮气箱13以及氮气通道14，所述氮气箱13设置于所述环形等离子工作腔7旁，所述氮气箱13与所述环形等离子工作腔7通过所述氮气通道14连接，所述氮气通道14与所述环形等离子工作腔7连接的位置设置有第二开关门。

作为本发明的一种优选方式，所述冷冻腔2设置冷冻装置，所述吸纳口4设置有压强调整装置，所述压强调整装置用于调整吸纳管道5以及环形等离子工作腔7中的气压。

作为本发明的一种优选方式，所述冷冻腔2中放置冷冻盒15，所述冷冻盒15的横截面大小与所述冷冻腔2的横截面大小一致，所述冷冻盒15上表面镂空，所述冷冻盒15用于盛放用于检测的生物材料，所述冷冻装置用于冷冻所述冷冻盒15中盛放的生物材料。

作为本发明的一种优选方式，还包括粉碎箱，所述粉碎箱用于粉碎生物原料，所述粉碎箱包括进料口16、两个横向旋转轴17、两个碾碎块18、物料通道19以及收纳腔20，所述进料口16设置于所述粉碎箱上端，所述收纳腔20设置于所述粉碎箱内，所述横向旋转轴17连接所述碾碎块18，所述横向旋转轴17设置于所述物料通道19内，所述物料通道19连通所述进料口16以及收纳腔20。

作为本发明的一种优选方式，所述收纳腔20的尺寸与所述冷冻腔2的尺寸一致，在进行生物原料粉碎时，所述冷冻盒15放置于所述收纳腔20内。

在具体实施过程中，操作员先将冷冻盒15放置于粉碎箱的收纳腔20中，再往粉碎箱的进料口16添加生物原料，例如植物叶片，两个横向旋转轴17对向旋转，带动碾碎块18对向旋转，碾碎块18将植物叶片碾碎，碾碎过后的植物叶片通过物料通道19传输至收纳腔20中，并掉落在冷冻盒15中。进而操作员将冷冻盒15取出，并加入水，同时进行搅拌，当在搅拌的过程中水和粉碎的植物叶片达到植物叶片能够完全没入水中时，停止加水，继续进行搅拌，在搅拌五分钟后，停止搅拌，从而形成了检测所需要的生物材料。

操作员将生物材料放置于冷冻腔2中，此时，冷冻装置开始冷冻冷冻盒15内的生物材料，在冷冻装置将冷冻盒15中的生物材料冷冻至结冰后，保持当前冷冻腔2内的温度。激光发射器3垂直设置于冷冻腔2顶面上，因此激光发射器3也垂直于冷冻的生物材料，此时，激光发射器3开始工作，向冷冻的生物材料发射激光，激光对冷冻的生物材料进行激光剥蚀，从而使得生物材料表面溶蚀汽化，并且由于激光作用，冷冻的生物材料上会被蚀刻下来一部分微粒，从而汽化的生物材料便成为了载气，载气带动蚀刻下来的微粒上升，此时，冷冻腔2中会弥漫着载气以及载气中蚀刻下来的微粒。

第一开关门6开启，吸纳口4设置的压强调整装置减小吸纳管道5内的压强，从而吸纳管道5影响环形等离子工作腔7中的压强，将环形等离子工作腔7中的压强减小，从而使得带有蚀刻下来的微粒的载气通过吸纳口4以及吸纳管道5进入环形等离子工作腔7中，在环形等离子工作腔7中累积一定量的载气后，第一开关门6关闭，第二开关门打开，从而氮气箱13通过氮气通道14进入环形等离子工作腔7内，进而加热板8开始工作，将环形等离子工作腔7内的温度加热到一定程度后，氮气以及载气开始分裂，从而形成等离子，等离子中还含有蚀刻下来的微粒对应的原子。

由于极化半导体10呈顺时针排列，因此就极化半导体10而言，外部形成了一个逆时针的场，从而使得带正电的原子核能够沿着逆时针的场向上移动，从而能够移动至环形等离子工作腔7的顶部，从而原子核能够接触到电荷检测板9，电荷检测板9会检测原子核所带的电量，从而根据电量能够得知当前接触的原子核对应的元素，从而可以有效的辨别出痕量电荷，从而根据痕量电荷出现的次数判定痕量电荷的量。

工作电源向线圈组12提供电，使得线圈组12中有电流，从而各个线圈组12能够组成一个偏转场，而弱电发生装置11会略微产生一定的电量，从而在偏转场的作用下形成，相邻的两个弱电发生装置11之间会有一定的电弧产生，从而使得所有的弱电发生装置11之间产生一个微小的电弧，从而便于等离子体中的带电粒子在环形等离子工作腔7中形成一个环，从而更加便于蚀刻下来的微粒对应的原子在环形等离子工作腔7中运动，便于进行电荷检测。对于电荷检测，在一个固定的时间内通过电荷检测板检测到达电荷检测板的原子的电荷量，从而根据检测到痕量元素的电荷与电荷检测板检测的电荷量的占比计算出痕量元素在生物样本中的占比。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，用于检测生物的痕量元素，其特征在于，包括：壳体、冷冻腔、激光发射器、吸纳口、吸纳管道、第一开关门、环形等离子工作腔，所述冷冻腔设置于所述壳体底部，所述环形等离子工作腔设置于所述冷冻腔上端，所述环形等离子工作腔与所述冷冻腔通过所述吸纳管道连接，所述吸纳口设置于所述冷冻腔上端，所述吸纳管道连接所述吸纳口，所述吸纳管道与所述环形等离子工作腔连接的位置设置有第一开关门，所述激光发射器设置于所述冷冻腔内部的顶面，所述环形等离子工作腔包括加热板、电荷检测板、若干极化半导体、弱电发生装置以及若干线圈组，所述加热板设置于所述环形等离子工作腔的内侧壁，所述电荷检测板设置于所述环形等离子工作腔的顶部，所述极化半导体沿所述环形等离子工作腔的内侧壁设置，所述弱电发生装置设置于相邻的两个所述极化半导体之间，所述线圈组围绕所述环形等离子工作腔内壁设置。

2.根据权利要求1所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：在正面视角的正视图中，对于所述极化半导体，以所述极化半导体的正电荷聚集端为方向指针，所述极化半导体以顺时针方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：所述线圈组与所述极化半导体间隔设置，每个所述线圈组对应一个工作电源，所述工作电源设置于所述环形等离子工作腔的外侧壁。

4.根据权利要求1所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：还包括氮气箱以及氮气通道，所述氮气箱设置于所述环形等离子工作腔旁，所述氮气箱与所述环形等离子工作腔通过所述氮气通道连接，所述氮气通道与所述环形等离子工作腔连接的位置设置有第二开关门。

5.根据权利要求1所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：所述冷冻腔设置冷冻装置，所述吸纳口设置有压强调整装置，所述压强调整装置用于调整吸纳管道以及环形等离子工作腔中的气压。

6.根据权利要求5所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：所述冷冻腔中放置冷冻盒，所述冷冻盒的横截面大小与所述冷冻腔的横截面大小一致，所述冷冻盒上表面镂空，所述冷冻盒用于盛放用于检测的生物材料，所述冷冻装置用于冷冻所述冷冻盒中盛放的生物材料。

7.根据权利要求6所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：还包括粉碎箱，所述粉碎箱用于粉碎生物原料，所述粉碎箱包括进料口、两个横向旋转轴、两个碾碎块、物料通道以及收纳腔，所述进料口设置于所述粉碎箱上端，所述收纳腔设置于所述粉碎箱内，所述横向旋转轴连接所述碾碎块，所述横向旋转轴设置于所述物料通道内，所述物料通道连通所述进料口以及收纳腔。

8.根据权利要求7所述的一种等离子电荷判定的生物痕量元素检测平台，其特征在于：所述收纳腔的尺寸与所述冷冻腔的尺寸一致，在进行生物原料粉碎时，所述冷冻盒放置于所述收纳腔内。

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