CN1203382A - 全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明属利用表面等离子体激元共振现象构造的光化学传感装置。采用连续波长的光源(1),使入射光线在棱镜(3)与注入样品的流通池(11)的界面产生全反射,检测器(6)检测反射光强度,计算机(20)给出光谱图,完成对样品的定量分析,从而省去了笨重的旋转台和精确的测角度系统。在棱镜(3)与流通池(11)间采用橡胶垫圈密封,从而能多次使用传感元件。本发明具有可研究物质范围大、测量准确、稳定性好、响应迅速、操作方便、成本较低等特点。

Description

全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置

本发明属于一种光化学传感系统，特别涉及利用表面等离子体激元共振现象构造的光化学传感装置。

用表面等离子体激元共振技术构造光化学传感器是90年代传感器领域的研究热点。此种传感方法可在生物大分子相互作用的研究方面获得重要应用。迄今为止，所报导的棱镜偶合式表面等离子体激元共振传感器均采用固定入射波长，调整入射光角度作变量的测量模式。比如由＂Biochemistry，Vol.33，No.46，1994，13707＂公开的用于表面等离子体激元共振研究的实验装置，即是一例。该装置的结构剖面图如图1所示。光源1采用He/Ne激光器，因此是单一波长的光源，为了调整入射光线2入射到棱镜3上的角度，需将整个装置的大部分构件安装在旋转台4上，反射光线5由探测器6接收。样品室7内装有待分析物质，当入射光线2以某一角度入射时，在高反射金属膜10与样品室7溶液的界面产生全反射，但光波仍有部分进入到溶液中形成消失波。改变入射角，直到消失波与表面等离子体激元发生共振，此时反射光强度急剧下降，由于表面等离子体激元共振与溶液的介电常数有关，而后者又与样品溶液的组成有关，所以通过测量反射光强与入射角的关系，可对样品进行定量分析。现有技术的装置中，为了改变入射光线2的入射角必须设置一个大旋转台4，同时必须有精密的测量角度的部件(需要精确至0.01°)，另外，棱镜3与样品室7之间必须用机油密封，因此每个传感元件(棱镜)只能一次性使用，装置庞大笨重繁杂，造价很高，使用也不方便。

本发明为克服现有技术的缺点，设计出一种固定入射光线的入射角而以入射光线波长作变量，检测反射光强度与波长关系的装置，完成对样品的定性和定量分析，达到装置简便，易于测试、造价低的目的。

本发明的全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置，采用连续波长的光源和用光导纤维传输方式，并用计算机对数据进行处理，因而不再需将各构件—棱镜、流通池、检测器等置于一个笨重的旋转台上，也不必再用精密度高的测量角度的部件，从而实现本发明的目的。

本发明的具体结构由图2给出。其中仍包括有光源1、棱镜3、检测器6等。棱镜3的下底面镀有高反射的金属薄膜10，光源1发出的入射光线2经棱镜3反射，反射光线5由检测器6接收，并对反射光强进行检测。本发明区别于现有技术的结构有，光源1是连续波长光源；入射光线2经过平行偏振光管12后，以平行光线入射到棱镜3中；流通池11的结构和作用与现有技术中的样品室7相似，它与棱镜3之间是通过垫圈密封的，流通池11开有进样毛细管口14和废液毛细管口13，样品池16内的待分析样品通过蠕动泵15和进样毛细管口14泵入流通池11；反射光线5经会聚透镜17聚焦于光导纤维18的一端，传输至光栅19和检测器6，数据经计算机20处理得到反射光强度随波长变化的光谱图。

光源1可以用连续光源灯，波长范围200～800nm，并置于一个多维调节架上，架面上可以装一个带刻度的圆盘，用于显示入射光线2的角度，刻度的精确度要求不高。所说的平行偏振光管12，是内装偏振片21和两块透镜22的两端开口透光的筒；流通池11可以装在多维调节架上，以便调节光路，会聚透镜17也可以装在多维调节架上，以调节经棱镜3射出的反射光线5，使其偶合聚焦在光导纤维18的一端。图2中没有画出多维调节架。

为了使棱镜3能多次使用，改变现有技术中的机油密封方法，而采用垫圈密封。具体做法是，在棱镜3下底反射面与流通池11上面的接触处加装橡胶垫圈，在棱镜3上面和流通池11下底面各置一有机玻璃板，再将两有机玻璃板用调节螺杆连接固定夹紧，使夹在其中的棱镜3和流通池11间紧密接触密封。

实施例：

棱镜3表面镀一层50nm厚的银膜作为高反射金属膜10；用Fullwave软件和汞灯、钠灯校正光源波长；检测器6采用CCD阵列检测器。流通池11通过垫圈，与棱镜3密封后水平放置，首先在流通池11中置入蒸馏水；调节多维调节架使光源1发出的入射光线2与水平方向夹角约为10°。使用时可以选择入射光线2与水平方向夹角在0°～20°角之间进行调试，直至出现共振现象且峰形最好，固定光源1，开启蠕动泵15进样，计算机20记录反射光强度随波长变化的光谱图。用此装置对乙醇的测量灵敏度为4.6×10^-4折射率单位(575.0nm)，与国家标准规定的检验方法对照，相对误差在+1.5％～-0.37％之间。

本发明的全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置跟现有技术比较有以下几个显著优点。

(1)由于光源是连续波长的光源，检测器是CCD阵列检测器，所以可研究的物质范围扩大了，在200～800nm波长范围内有共振响应的物质都可进行研究。

(2)由于以共振波长为测量值，所以实验过程中不需调整入射光角度，只需在实验前根据待研究物质的特性固定一个入射角度，实验过程中所有的部件都不需要象现有技术那样旋转，故可省略掉一个旋转台，因而成本相对较低，且操作更加简便。

(3)由于不以入射光角度做变量，所以不需要精密的角度测量部件，也使成本降低。

(4)棱镜用完取下之后，还可以重新安装多次使用，而现有技术中样品室与传感元件棱镜之间用机油密封，每个传感元件棱镜只能一次性使用。

(5)实验操作简单，开启蠕动泵，样品进入流通池之后，微机屏幕上即可显示共振图形和共振波长值，不需做其它调整，而现有技术需不断调整入射光线的入射角。

(6)稳定性好，响应迅速，寿命较长，测量准确。

附图说明：

图1是现有技术的装置结构简图。

图2是本发明装置结构简图。

Claims (3)

1、一种全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置，其结构包括有光源(1)、棱镜(3)、检测器(6)等部分，棱镜(3)的下底面镀有高反射的金属膜(10)，光源(1)发出的入射光线(2)经棱镜(3)反射，反射光线(5)由检测器(6)接收并检测，其特征在于，光源(1)是连续波长光源；入射光线(2)经平行偏振光管(12)后，以平行光线入射到棱镜(3)中；流通池(11)上面与棱镜(3)下底面之间是通过垫圈密封的，流通池(11)开有进样毛细管口(14)和废液毛细管口(13)；样品池(16)内的待分析样品通过蠕动泵(15)和进样毛细管口(14)泵入流通池(11)；反射光线(5)经会聚透镜(17)聚焦于光导纤维(18)的一端，传输至光栅(19)和检测器(6)；数据经计算机(20)处理，得到反射光强度随波长变化的光谱图。

2、按照权利要求1所述的全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置，其特征在于，光源(1)是连续光源，并置于一个多维调节架上；所说的平行偏振光管(12)，是内装偏振片(21)和两块透镜(22)的两端开口透光的筒；流通池(11)装在多维调节架上；会聚透镜(17)装在多维调节架上。

3、按照权利要求1或2所述的全波长表面等离子体激元共振光化学传感装置，其特征在于，所说的流通池(11)与棱镜(3)之间的垫圈密封，是在棱镜(3)下底反射面与流通池(11)的上面接触处加装橡胶垫圈，在棱镜(3)上面和流通池(11)下底面各置一有机玻璃板，再用调节螺杆连接固定夹紧。