CN203798737U - 液态砒啶定性检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液态砒啶定性检测仪，用于液体样品中的砒啶定性检测，属于光纤传感技术领域。技术方案是：包含光源(101)、单模光纤一(102)和二(110)、透镜一(103)和二(106)和三(109)、分光镜一(104)和二(105)、实芯光子晶体光纤(107)、样品池(108)和光谱仪(111)，光源输出端连接单模光纤一，单模光纤一连接透镜一，透镜一连接分光镜一，分光镜一连接分光镜二，分光镜二连接透镜二，透镜二连接光子晶体光纤，光子晶体光纤连接样品池，样品池连接透镜三，透镜三连接分光镜二，分光镜二连接分光镜一，分光镜一连接透镜二，透镜二连接单模光纤二，单模光纤二连接光谱仪。有益效果是：提高测量的准确度；表面增强拉曼散射基底致密性好，具有更大的增强因子，可实现超低浓度检测。

Description

液态砒啶定性检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种液体样品砒啶定性检测仪，尤其是利用表面增强拉曼散射效应的实芯光子晶体光纤传感实现液态砒啶的定性检测。属于光纤传感的检测技术领域。 

背景技术

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)，也称作微结构光纤或多孔光纤。自1996年第一根PCF出现以后，随着对其深入研究，各种形式结构的PCF相继出现。由于PCF的周期性结构所带来的上述独特性能，使光纤的应用领域进一步扩大，尤其在光纤传感领域。利用PCF的相关特性，可以制成多种类型的传感器。PCF传感器具有高稳定性、宽波长范围工作等特点，并且还可以在极端温度下工作。 

表面增强拉曼散射技术自被发现以来就得到充分重视及利用，在超低浓度样品甚至是单分子检测中具有无可比拟的优势。光子晶体光纤的独特周期性阵列结构，作为表面增强拉曼散射(Surface enhancement Raman scattering，SERS)传感器的一个新型理想平台得到迅猛发展，且进一步拓宽表面增强拉曼散射传感器的应用领域。PCF的独特性质与SERS传感器相结合，构成了新型传感器——SERS PCF传感器，并在化学、生物及环境检测中得到广泛的应用。 

砒啶(Pyridine)，是英文名，化学名称为一氮三烯六环，是一种用于制药、软化剂、分析化学试剂等的液态化学物质。但是它易燃、有毒，具有爆炸的危险，浓度稍高则会引起灼伤。因此对其进行低浓度检测非常有必要。但是目前 国内对砒啶进行检测的方法手段很有限，基于此，本文提出了采用PCF SERS传感器对低浓度液态砒啶进行定性检测。此方法具有成本低、无损检测等优点，适用于液态样品检测，特别适用于砒啶检测。 

实用新型内容

对于液体样本中砒啶含量很低而无法进行定性检测的问题，为克服现有检测技术的不足，本实用新型目的是提供一种液体样品中的砒啶定性检测仪，是基于光纤传感技术的仪器，实现对被测液体样品中是否含有砒啶进行快速可靠地定性检测，解决背景技术中存在的问题。 

本实用新型的技术方案是： 

利用实芯光子晶体光纤传感作为主要手段，将银纳米颗粒填充进实芯光子晶体光纤的包层大空气孔制作表面增强拉曼散射基底，然后利用倏逝波激发附着于基底上的被测液体样品，产生包含有被测样品特征谱的表面增强拉曼散射信号，并采用反向收集表面增强拉曼散射信号的实验方案，实现砒啶样本的定性检测目的。 

基于实芯光子晶体光纤的砒啶检测仪，包含光源、单模光纤一和单模光纤二、透镜一、透镜二、透镜三、实芯光子晶体光纤、分光镜、样品池及光谱仪，光源的信号输出端连接单模光纤一，单模光纤一连接透镜一，透镜一连接分光镜二，透镜二连接透镜三，透镜三连接实芯光子晶体光纤，实芯光子晶体光纤连接透镜三，透镜三连接分光镜二，分光镜二连接分光镜一，分光镜一连接透镜二、透镜二连接单模光纤二，单模光纤二连接光谱仪。 

本实用新型利用光纤传感技术作为主要手段。首先光源发出的波长为785nm的光经过单模光纤一输出后，通过透镜一准直传输到分光镜二，经分光镜二折 射后传输到透镜三，经透镜三聚焦耦合进实芯光子晶体光纤纤芯，在包层大空气孔内的倏逝波激发表面增强拉曼散射基底从而产生表面增强拉曼散射信号。表面增强拉曼散射信号经样品池底部反射后由透镜三收集并准直输入到分光镜二，然后再传输到分光镜一，由分光镜一折射到透镜二，透镜二将信号光聚焦耦合进入单模光纤二，最后输入到光谱仪中即可得到被测样品的特征谱，通过对特征谱识别即可实现砒啶定性检测的目的。 

所述的光源采用FC-D-785A型半导体激光器，其输出波长为785±0.3nm，谱线宽度小于0.2此光源采用的是光纤输出，光纤数值孔径为0.22，经光纤耦合后的输出功率为300mW，且稳定性在3％以内。 

所述的透镜采用非球面透镜，为了配合光源的光纤输出，选取的非球面透镜型号为354120和354430，并镀上785nm的增透膜。 

所述的光子晶体光纤采用自行研究的实芯光子晶体光纤，其包层中有六个柚子型的大空气孔，在大空气孔中便于制备表面增强拉曼散射基底。 

所述的单模光纤是公知的能够单模传输785nm激光的光纤。 

所述的分光镜一和二为单向全透，反向全反的公知分光镜。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型由于采用反向收集表面增强拉曼散射信号，避免了过强的激发光对测量结果的影响，从而提高了测量的准确度。 

本实用新型由于采用离子溅射法将银纳米膜镀在实芯光子晶体光纤的包层大空气孔中，从而实现表面增强拉曼散射基底的制备，相对于普通实芯光子晶体光纤包层孔内壁制备基底而言，基底的致密性好，具有更大的增强因子，从而可以实现超低浓度检测。 

本实用新型还具有结构简单、体积小巧的特点。 

附图说明

图1是基于实芯光子晶体光纤传感的液态砒啶定型检测仪的实验结构示意图。 

图中：半导体光源(101)、单模光纤一(102)、透镜一(103)、分光镜一(104)、分光镜二(105)、透镜三(106)、实芯光子晶体光纤(107)、样品池(108)、透镜二(109)、单模光纤二(110)、光谱仪(111)。图中箭头方向为右和下表示激发光的传输方向，箭头方向为左和上表示表面增强拉曼散射信号光的传输方向。 

图2是自行研究的实芯光子晶体光纤的结构图。 

图中：包层空气孔半径r＝1μm，孔间距∧＝3μm。 

图3是实芯光子晶体光纤包层大空气孔的放大图。包层大空气孔由一个大圆、一个小圆及其外切线构成，大圆半径r_large＝11μm，小圆半径r_small＝1μm，圆心距d＝20μm。 

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本实用新型作进一步说明。 

液体砒啶定性检测仪，包含半导体激光源101、单模光纤一102、透镜一103、分光镜一104、分光镜二105、透镜三106、实芯光子晶体光纤107、样品池108、透镜三109、单模光纤二110和光谱仪111，光源的信号输出端连接单模光纤一，单模光纤一连接透镜一，透镜一连接分光镜一，分光镜一连接分光镜二，分光镜二连接透镜二，透镜二连接实芯光子晶体光纤，实芯光子晶体光纤连接样品池，样品池连接透镜三，透镜三连接分光镜二，分光镜二连接分光镜一，分光镜一连接透镜二，透镜二连接单模光纤二，单模光纤二连接光谱仪。 

光源采用785nm的半导体激光器，其输出波长为785±0.3nm，谱线宽度小 于0.2。经单模光纤一输出的波长为785nm激发光经过透镜一被准直，然后通过分光镜一，被分光镜二折射至透镜二，由透镜二聚焦后耦合进实芯光子晶体光纤的纤芯孔。泄漏到包层大空气孔的倏逝波激发附着在表面增强拉曼散射基底上的液体样品，产生表面增强拉曼散射信号。表面增强拉曼散射信号经样品池底部反射，然后由透镜三收集并准直输入到分光镜二，表面增强拉曼散射信号经分光镜二折射后传输到分光镜一，再由分光镜一折射后传输到透镜二，表面增强拉曼散射信号经透镜二聚焦后耦合进单模光纤二，最后输入到光谱仪，显示表面增强拉曼散射信号的光谱，通过特征谱识别判断是否有砒啶存在。 

通过对银纳米球的拉曼增强效应进行数值仿真，可得当半径为38nm，间距为0.7nm时具有最强的增强因子。在制备过程中，通过控制溅射时间和溅射电流来改变所镀银纳米膜的厚度及银纳米球间距，即改变所制备基底的结构，从而可以更有效的激发SERS信号。 

Claims (2)

1.一种液态砒啶定性检测仪，其特征在于包含半导体光源(101)、单模光纤一(102)、透镜一(103)、分光镜一(104)、分光镜二(105)、透镜三(106)、实芯光子晶体光纤(107)、样品池(108)、透镜二(109)、单模光纤二(110)、光谱仪(111)，光源的信号输出端连接单模光纤一，单模光纤一连接透镜一，透镜一连接分光镜一，分光镜一连接分光镜二，分光镜二连接透镜二，透镜二连接实芯光子晶体光纤，实芯光子晶体光纤连接样品池，样品池连接透镜三，透镜三连接分光镜二，分光镜二连接分光镜一，分光镜一连接透镜二，透镜二连接单模光纤二，单模光纤二连接光谱仪。 

2.根据权利要求1所述的液态砒啶定性检测仪，其特征在于所述的光源，采用FC-D-785A型半导体激光器，其输出波长为785±0.3nm，谱线宽度小于0.2，此光源采用的是光纤输出，光纤数值孔径为0.22，经光纤耦合后的输出功率为300mW，且稳定性在3％以内，输出光经单模光纤一输出；所述的透镜采用非球面透镜，为了配合光源的光纤输出，选取的非球面透镜型号为354120和354430，并镀上785nm的增透膜；所述的光子晶体光纤采用自行研究的包层对称排列6个大空气孔的实芯光子晶体光纤。