CN113138177A - 便携式空气检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例记载的便携式空气检测装置，其包括空气导入模块，用于将待检测空气导入至检测模块待检测区域；检测模块，用于对待检测空气进行检测；其中，检测模块包括光源、传感器元件以及感光元件，光源沿着传感器元件规定的方向射出并通过传感器元件被感光元件捕获，传感器元件沿着规定的方向依次布置有载体层、金属层及修饰层；所述金属层由纳米金属构成，所述修饰层由金属氧化物构成，其中修饰层的折射率高于载体层。该便携式空气检测装置基于SPR技术，通过利用空气导入模块，将待检测空气导入至检测模块待检测区域，并被感光元件捕获其变化来进行空气质量(空气中含有各种尺寸颗粒或者细菌的含量)的好坏。
Description
技术领域
本发明涉及空气检测技术领域，尤其涉及便携式空气检测装置。
背景技术
表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是通过金属表面的自由电子与电磁波(光)的相互作用而产生的共振现象，利用该技术作为检测蛋白质等生物分子的相互作用的方法。1983年，瑞典科学家Liedberg首次将表面等离子体共振技术(SPR)用于IgG抗体和其抗原相互作用的测定。然后该技术很快渗透到基础生命科学研究中。SPR技术以其不需要对分子进行标记和耗样最少的优点成为一种成熟的测量生物分子间相互作用的方法。另外，药物筛选及其鉴定也是SPR技术应用的另一热点。与荧光检测方式相比，无须以荧光物质来标记样本，更为简便。
利用表面等离子共振(SPR)传感器检测待测介质的光学性质(比如介质厚度、折射率等)的细微变化，其核心部件为金属功能层，通过存在于金属功能层与待测介质之间的界面的表面等离子波(Surface Plasmon Wave,简称SPW)实现界面附近的探测。SPR传感器通常由金属功能层以及支撑该金属功能层的基底构成。基底需要采用透明、平滑材料以保证能够激发SPR现象且便于测量共振条件，基底材料还需要坚硬而且和金属有较强粘附力，以保证所构成的SPR传感器具有较长的使用寿命和长期稳定性。虽然SPR传感器检测灵敏，有望代替传统酶联免疫吸附测定技术(ELISA)。但是，实现其精准定位的外部光学装置较为笨重，由此在一定程度上限制其应用的普及。
并且现有的SPR技术基本上是将载体介入于溶液进行检测，其检测不够便捷。于此同时现有的PM2.5检测仪通常比较大，尤其涉及更小细菌或者颗粒的检测时，都需要在现场进行空气采样，再带回实验室中进行检测，由于空气的流动特性，造成其采样数量需求比较大，采样不够便捷。而SPR的检测单元构成简单，易用于便携式检测设备中。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种基于SPR技术的便携式空气检测装置。
根据本发明的实施例记载的便携式空气检测装置，其包括空气导入模块，用于将待检测空气导入至检测模块待检测区域；检测模块，用于对待检测空气进行检测；其中，检测模块包括光源、传感器元件以及感光元件，光源沿着传感器元件规定的方向射出并通过传感器元件被感光元件捕获，传感器元件沿着规定的方向依次布置有载体层、金属层及修饰层；所述金属层由纳米金属构成，所述修饰层由金属氧化物构成，其中修饰层的折射率高于载体层。
进一步地，所述载体层的折射率控制在1.21-1.33，所述修饰层的折射率控制在1.70-2.52。
进一步地，所述修饰层的衰减系数小于或等于1.64×10-2。
进一步地，所述修饰层的厚度控制在22-220nm，所述金属层的厚度控制在30-65nm。
进一步地，所述金属层由纳米金、纳米银、纳米铜或纳米铝其中之一构成。
进一步地，所述修饰层由二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化金或氧化银其中之一构成。
进一步地，所述空气导入模块包括送风机以及将待检测空气倒入检测模块待检测区域的送风通道。
进一步地，所述传感器元件规定的方向与送风通道呈垂直布置。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
该便携式空气检测装置基于SPR技术，通过利用空气导入模块，将待检测空气导入至检测模块待检测区域，而检测模块是利用光源穿过传感器元件，进入待检测空气，并被感光元件捕获其变化来进行空气质量(空气中含有各种尺寸颗粒或者细菌的含量)的好坏。
附图说明
图1为本发明提供的便携式空气检测装置示意图。
图2为本发明提供的便携式空气检测装置中传感器元件示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
图1为本发明的便携式空气检测装置示意图，根据本发明的实施例记载的便携式空气检测装置，其包括空气导入模块10，用于将待检测空气导入至检测模块20待检测区域；检测模块20，用于对待检测空气进行检测；其中，检测模块20包括光源21、传感器元件22以及感光元件23，光源21沿着传感器元件22规定的方向射出并通过传感器元件22被感光元件23捕获。图为揭示了传感器元件的结构示意图，传感器元件22沿着规定的方向依次布置有载体层221、金属层222及修饰层223；所述金属层222由纳米金属构成，所述修饰层223由金属氧化物构成，其中修饰层223的折射率高于载体层221。
作为用于形成载体层221的材料，可使用任何适合的材料，只要到达本发明的效果即可。其具体实施例包括：聚氨酯、环氧树脂、丙烯树脂、聚碳酸酯及其改性物质。这些材质可单独使用或者联合使用，但是其折射率必须低于修饰层223的折射率。当然，也可在载体层221上方增设新的材质来是二者贴合，从而满足二者贴合后的折射率小于修饰层223的折射率。其中载体层221的折射率可控制在1.11-1.43，优选地，折射率范围为1.21-1.33。
根据具体的需求，将金属层222的形状与载体层221的形状设计相同，从而确保二者更好的贴合，当然可设计为金属层222嵌入在载体层221中。作为形成金属的材料，可使用纳米材质的金属物，如纳米金、纳米银、纳米铜或纳米铝，其可通过纳米材质为了确保金属层222的厚度可选择多层排布的方式。而金属层222的厚度(多层排布的总厚度)优选为30-65nm。
根据具体的需求，金属层222表面还需要增设修饰层223，为了确保二者更好的贴合，修饰层223可设计为类似膜的形式附着在金属层222表面。而修饰层223有金属氧化物构成，金属氧化物具体的实施例为二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化金或氧化银。这些金属氧化物可选取与纳米金属相同的金属材质，以方便二者贴合，同时光源21在过渡相同的纳米金属层222和金属氧化层的过程中衰减系数更低。为了更好反应出光源21穿过待检测空气，修饰层223的衰减系数应小于或等于1.64×10-2。并且控制其厚度控制在22-220nm。
作为光源21，可采用任何适合的光源21。光源21的具体实施例包括白色光源21或者单色光源21。将感光元件23捕获的数据反馈至任何适应的算术处理装置，算术处理装置可采用MCU(微控制单元)将光源21发射信息以及经过待检测空气信息进行数据汇总进而收集规律来反馈得出不同结果。
作为空气导入模块10，可采用任何适合的导入方式，最简单方便的方式便是送风机21配合将待检测空气倒入检测模块20待检测区域的送风通道22的形式。送风机21的大小根据便携式空气检测仪的大小而定，其送风通道22的通径控制1cm以内。
作为光源21的布置方式，其最优的方式即光源21射入方向(传感器元件22规定的方向)与送风通道22呈垂直布置。具体实施方案为，在采用白色光源21作为光源21的情况下，可通过感光元件23捕获透光传感器元件22后光强度衰减的光的波长，也就是产生表面等离子体共振的光的波长，并检测光强度衰减的光的波长，从而确定待检测空气的折射率变化。
作为传感器元件22在送风通道22的布置方式，可采用任何适合的方式，其具体实施例，必须满足修饰层223在最外层与待检测空气接触，从而确保待检测空气中细菌或者其他颗粒产生表面等离子体共振的光的波长。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.便携式空气检测装置，其特征在于，其包括
空气导入模块，用于将待检测空气导入至检测模块待检测区域；
检测模块，用于对待检测空气进行检测；
其中，检测模块包括光源、传感器元件以及感光元件，光源沿着传感器元件规定的方向射出并通过传感器元件被感光元件捕获，传感器元件沿着规定的方向依次布置有载体层、金属层及修饰层；
所述金属层由纳米金属构成，所述修饰层由金属氧化物构成，其中修饰层的折射率高于载体层。
2.根据权利要求1所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述载体层的折射率控制在1.21-1.33，所述修饰层的折射率控制在1.70-2.52。
3.根据权利要求2所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述修饰层的衰减系数小于或等于1.64×10-2。
4.根据权利要求3所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述修饰层的厚度控制在22-220nm，所述金属层的厚度控制在30-65nm。
5.根据权利要求4所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述金属层由纳米金、纳米银、纳米铜或纳米铝其中之一构成。
6.根据权利要求5所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述修饰层由二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化金或氧化银其中之一构成。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述空气导入模块包括送风机以及将待检测空气倒入检测模块待检测区域的送风通道。
8.根据权利要求7所述的便携式空气检测装置，其特征在于，所述传感器元件规定的方向与送风通道呈垂直布置。
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