CN212083231U - 全自动表面增强拉曼光谱检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型特别涉及一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置，包括进料单元、搅拌单元以及反应单元，所述的搅拌单元包括第四容器和电动搅拌器，反应单元包括第一蠕动泵和U型石英毛细管，进料单元用于抽取待混合溶液并输送至第四容器中，电动搅拌器用于搅拌第四容器中的混合溶液，第一蠕动泵抽取搅拌后的混合溶液至U型石英毛细管中进行检测。进料单元可以自动将待反应溶液抽取至搅拌单元中，搅拌单元可以保证所有抽取到的溶液能够被充分混合，混合后的溶液通过第一蠕动泵抽取至U型石英毛细管中并在石英管中进行反应发出拉曼光谱，只需要对拉曼光谱进行接收和分析处理即可完成检测，该装置结构简单、成本低，可以重复使用，利于规范检测流程，避免人工操作时带来的各种误差。

Description

全自动表面增强拉曼光谱检测装置

技术领域

本实用新型涉及拉曼光谱检测技术领域，特别涉及一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置。

背景技术

拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱，拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。传统的拉曼光谱检测过程都是人工操作的，不但需要专业的化学操作技术，而且耗时长，效率低，这样不仅带来了人工成本的增加，也使得整个检测过程不够稳定，常因为不同人员的操作带来不同的检测结果，导致检测结果不够精确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置，可以自动进行拉曼光谱检测。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置，包括进料单元、搅拌单元以及反应单元，所述的搅拌单元包括第四容器和电动搅拌器，反应单元包括第一蠕动泵和U型石英毛细管，进料单元用于抽取待混合溶液并输送至第四容器中，电动搅拌器用于搅拌第四容器中的混合溶液，第一蠕动泵抽取搅拌后的混合溶液至U型石英毛细管中进行检测。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：通过设置进料单元，可以自动将待反应溶液抽取至搅拌单元中，搅拌单元可以保证所有抽取到的溶液能够被充分混合，混合后的溶液通过第一蠕动泵抽取至U型石英毛细管中并在石英管中进行反应发出拉曼光谱，只需要对拉曼光谱进行接收和分析处理即可完成检测，该装置结构简单、成本低，可以重复使用，利于规范检测流程，避免人工操作时带来的各种误差。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的控制原理图；

图3是本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

下面结合图1至图3，对本实用新型做进一步详细叙述。

参阅图1，一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置，包括进料单元10、搅拌单元20以及反应单元30，所述的搅拌单元20包括第四容器21和电动搅拌器22，反应单元30包括第一蠕动泵31和U型石英毛细管32，进料单元10用于抽取待混合溶液并输送至第四容器21中，电动搅拌器22用于搅拌第四容器21中的混合溶液，第一蠕动泵31抽取搅拌后的混合溶液至U型石英毛细管32中进行检测。通过设置进料单元10，可以自动将待反应溶液抽取至搅拌单元20中，搅拌单元20可以保证所有抽取到的溶液能够被充分混合，混合后的溶液通过第一蠕动泵31抽取至U型石英毛细管32中并在石英管中进行反应发出拉曼光谱，只需要对拉曼光谱进行接收和分析处理即可完成检测，该装置结构简单、成本低，可以重复使用，利于规范检测流程，避免人工操作时带来的各种误差。

传统的人工检测操作复杂，不但需要专业的化学操作技术，而且耗时长，效率低，而使用全自动表面增强拉曼光谱检测装置的过程中，操作者需要做的仅仅是放置好待检测液，并执行设定好的控制指令，从样品的配制、样本的混匀、样本的测定、数据结果的输出、废液的清洗，整个过程全自动化，无需人工干预，高自动化带来的是实验室人力劳动的解放，减轻实验人员的压力。同时由于配置有高精度的注射泵，减小了人为误差，并且减少了样品和试剂的消耗，极大地节约了成本，电动搅拌器可以大幅度提高乳化、分解、搅拌、催化等反应的速度，在短时间内使混合物溶液均匀分布，便于测量拉曼光谱。使用本装置进行检测，速度快、结果准确，可重复性好。本装置适用于检测痕量物质的含量，发展这种全自动检测装置具有重要实际意义。

优选地，所述的进料单元10包括多个容器和多个注射泵，容器中用于容纳待反应溶液，注射泵用于抽取容器中的溶液并输出至第四容器21中。容器和注射泵的个数按照需要进行设置，当然也可以一开始设置较多数量，在使用时，不一定所有的容器和注射泵都使用到，这样更增加适用性。

具体地，这里以进行拉曼检测为例，所述的进料单元10包括第一容器11、第一注射泵12、第二容器13、第二注射泵14、第三容器15、第三注射泵16以及三通管17；第一容器11、第二容器13以及第三容器15中分别盛放有待测液、增强材料纳米银溶液以及引发剂氯化钠溶液，第一注射泵12、第二注射泵14、第三注射泵16的进液口分别连通第一容器11、第二容器13、第三容器15，第一注射泵12的出液口连通第四容器21，第二注射泵14和第三注射泵16的出液口经过三通管17连通第四容器21。由于这里需要抽取三种溶液，故设置有三个容器和三个注射泵。同时，由于待测液和增强材料纳米银溶液可以直接混合后输送到第四容器21中，所以这里设置了一个三通管17，减少第四容器21上的开口，当然也可以不设置三通管17，每个注射泵的出液口均直接连通第四容器21，这个可以根据实际的需要来进行设置。

进一步地，所述的反应单元30包括电磁阀33和第五容器34，第一蠕动泵31的进液口连通第四容器21、出液口连接U型石英毛细管32的一端，U型石英毛细管32的另一端通过电磁阀33连通第五容器34。设置电磁阀33后，可以在测量的时候关闭电磁阀33和第一蠕动泵31，避免U型石英毛细管32中的溶胶或溶液晃动，保证测量结果更准确。第五容器34的设置，主要是为了存放测量后排出的废液。

U型石英毛细管32在测量后会有残留的溶液或溶胶，为了避免影响下次测量，一般需要对其进行清洁。故本实用新型中优选地，包括清洁单元40，清洁单元40由第二蠕动泵41和第六容器42构成，第六容器42用于盛放清洗液，第二蠕动泵41的进液口连通第六容器42、出液口连通第四容器21。当测量完毕后，先启动第二蠕动泵41，抽取清洁液输送至第四容器21中，然后进行搅拌实现第四容器21的清洁，再启动第一蠕动泵31和电磁阀33，将第四容器21中的清洁液输送至第五容器34中，实现U型石英毛细管32和其两侧管路的清洁。这个清洁过程是全自动的，无需人工操作。抽取清洁液的时候，可以按照设定的容量抽取，一般设定为参与反应液体体积的两倍。

参阅图2，进一步地，包括数据采集卡50、主控单元60以及拉曼光谱仪70，所述的主控单元60与数据采集卡50相连用于输出控制指令，数据采集卡50与第一注射泵12、第二注射泵14、第三注射泵16、第一蠕动泵31、第二蠕动泵41、电磁阀33以及电动搅拌器22相连并根据控制指令控制各部件的工作状态，拉曼光谱仪70设置在U型石英毛细管32的旁侧用于接收反应时的拉曼光谱并输出至主控单元60中进行处理。拉曼光谱仪70主要用于采集反应时的拉曼光谱，并将光谱信息输出至主控单元60，主控单元60对拉曼光谱进行分析处理可以得到待测溶液的浓度信息，本实用新型中主要保护这种检测装置，至于如何将拉曼光谱处理为浓度信息不是本案的保护重点，因此这里不再详细赘述。主控单元60一般为计算机，为了方便计算机对其他部件进行控制，这里设置了数据采集卡50，来实现数据读取和指令控制。

具体地，以上所述及的部件，很多都可以选用已有的型号。比如：注射泵可以使用润泽SY-04立式注射泵，注射泵和容器之间的管路为特氟龙硬管，产品材质为进口PFA材料且管壁透明，特氟龙具有卓越的耐腐蚀性，能够承受除了熔融的碱金属、氟化介质以外所有强酸，耐高温、绝缘型好、抗氧化，在这里使用非常的可靠。电动搅拌器可以使用科析JJ-1A型精密增力电动搅拌棒，将其悬置于第四容器21中即可。蠕动泵型号为卡默尔蠕动泵DIPump550。反应单元30和清洁单元40中的管路均采用型号为Tygon3硅胶软管来进行连接，保持密封。U型石英毛细管32利用连通器的原理保持液面两边平行，以提高检测的准确性。电磁阀33为卡默尔电磁阀，型号为KVE21PS24N2N651，测量过程中保持常闭状态，测量完成保持开启状态，排出残余溶液。数据采集卡为阿尔泰USB3106A数据采集卡，总线类型为USB2.0，有16路单端/8路差分或8通道模拟量输入，通过计算机发送命令，控制注射泵、蠕动泵、电磁阀、电动搅拌器的工作状态。拉曼光谱仪的型号为必达泰克

EX，激光波长1064nm，光谱扫描范围175cm^-1～2500cm^-1。

具体地，本实用新型中，增强材料使用10^-3M纳米银溶液，其中纳米银颗粒平均直径为42nm，被测的痕量物质聚集在SERS热点上，产生较强的SERS光谱信号。引发剂使用10^-2M氯化钠溶液，它能驱使纳米银颗粒聚集在一起获得更多的SERS热点，并且氯化钠没有拉曼信号，不会影响SERS光谱。清洗液使用丙酮，丙酮是一种很好的有机溶剂，既具有脂溶性，也具有水溶性，在这里，丙酮用于清洁管路、混合溶液反应池和U型石英毛细管。

参阅图3，下面以上述材料进行检测，具体的检测过程如下：(1)先打开第二注射泵14、第三注射泵16分别抽取第二容器13的增强材料纳米银溶液1ml、第三容器15的待测液1ml经由三通管17导入第四容器21中，随后关闭所有注射泵；(2)打开电动搅拌器22搅拌混合溶液，使其搅拌均匀；(3)关闭电动搅拌器9再打开第一注射泵12抽取第一容器11内的引发剂氯化钠溶液0.5ml导入第四容器21中；(4)关闭第一注射泵12，打开电动搅拌器22搅拌混合溶液，使其搅拌均匀；(5)关闭电动搅拌器22后打开第一蠕动泵31抽取第四容器21内的混合溶胶到U型石英毛细管32，直到溶胶充满U型石英毛细管32底部后关闭第一蠕动泵31并进行SERS光谱检测；(6)检测完毕后，打开第二蠕动泵41抽取第六容器42的清洗液丙酮到第四容器21；(7)清洗完关闭第二蠕动泵41，打开第一蠕动泵31和电磁阀33排出残余溶胶至第五容器34中；(8)最后关闭第一蠕动泵31和电磁阀33，测量结束。整个测量过程是全自动的，由计算机发送指令控制。每个步骤中的各部件的启停时间、运行时间和状态都可以通过计算机进行设置。

Claims (6)

1.一种全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：包括进料单元(10)、搅拌单元(20)以及反应单元(30)，所述的搅拌单元(20)包括第四容器(21)和电动搅拌器(22)，反应单元(30)包括第一蠕动泵(31)和U型石英毛细管(32)，进料单元(10)用于抽取待混合溶液并输送至第四容器(21)中，电动搅拌器(22)用于搅拌第四容器(21)中的混合溶液，第一蠕动泵(31)抽取搅拌后的混合溶液至U型石英毛细管(32)中进行检测。

2.如权利要求1所述的全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：所述的进料单元(10)包括多个容器和多个注射泵，容器中用于容纳待反应溶液，注射泵用于抽取容器中的溶液并输出至第四容器(21)中。

3.如权利要求2所述的全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：所述的进料单元(10)包括第一容器(11)、第一注射泵(12)、第二容器(13)、第二注射泵(14)、第三容器(15)、第三注射泵(16)以及三通管(17)；第一容器(11)、第二容器(13)以及第三容器(15)中分别盛放有待测液、增强材料纳米银溶液以及引发剂氯化钠溶液，第一注射泵(12)、第二注射泵(14)、第三注射泵(16)的进液口分别连通第一容器(11)、第二容器(13)、第三容器(15)，第一注射泵(12)的出液口连通第四容器(21)，第二注射泵(14)和第三注射泵(16)的出液口经过三通管(17)连通第四容器(21)。

4.如权利要求3所述的全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：所述的反应单元(30)包括电磁阀(33)和第五容器(34)，第一蠕动泵(31)的进液口连通第四容器(21)、出液口连接U型石英毛细管(32)的一端，U型石英毛细管(32)的另一端通过电磁阀(33)连通第五容器(34)。

5.如权利要求4所述的全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：包括清洁单元(40)，清洁单元(40)由第二蠕动泵(41)和第六容器(42)构成，第六容器(42)用于盛放清洗液，第二蠕动泵(41)的进液口连通第六容器(42)、出液口连通第四容器(21)。

6.如权利要求5所述的全自动表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：包括数据采集卡(50)、主控单元(60)以及拉曼光谱仪(70)，所述的主控单元(60)与数据采集卡(50)相连用于输出控制指令，数据采集卡(50)与第一注射泵(12)、第二注射泵(14)、第三注射泵(16)、第一蠕动泵(31)、第二蠕动泵(41)、电磁阀(33)以及电动搅拌器(22)相连并根据控制指令控制各部件的工作状态，拉曼光谱仪(70)设置在U型石英毛细管(32)的旁侧用于接收反应时的拉曼光谱并输出至主控单元(60)中进行处理。

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