[发明专利]基于波长调制型SPR技术折射率在线测定装置及测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长调制型SPR技术的折射率在线测定装置及测定方法，主要应用于环境检测，生化等技术领域。

背景技术

表面等离子体共振（surface plasmon resonance，以下简称SPR）是一种物理光学现象。wood在1902年时首次发现表面等离子体共振效应，1957年ritchie从理论上解释了界面能量损失，并提出了金属界面固有的plasmon振荡模型；1959年powell和swan用实验验证了Ritchie理论的正确性，1968年德国kretschman和otto各自采用ATR方法实现了SPR的光学激发，使得用简单的光路组合设计SPR的研究成为可能。这两个模型的提出为SPR传感器的产生和应用提供了广阔的前景。1980年Gordon等首次采用SPR方法研究电化学界面的性质，1982年nylander和liedberg等首次将SPR技术应用于化学传感器领域，并成功研制出第一台SPR传感器，1989-1990年biosensorAB公司开发出了第一台商业化的SPR生物传感器，从此SPR传感器的研究全面展开并不断深入，应用范围也不断扩大，以其灵敏度高，所需试剂少，药品无需标记以及检测速度快等优点并广泛应用于生化，医疗，食品，环境等检测领域，称为传感器研究领域的热点

在金属表面由于电子的横向运动，形成了电子浓度地梯度分布，由此形成表面等离子体。当光在金属与棱镜表面发生全反射时会产生倏逝波，当表面等离子体和倏逝波的频率和波矢相同时两者就会产生共振，此时界面处全反射条件将被破坏，入射光与表面等离子体耦合共振，反射光的强度急剧降低，并出现最小值，呈现衰减全反射现象。表面等离子体共振对金属薄膜表面待测物体的折射率非常敏感，通过对SPR反射光强特性的改变就可以确定折射率的变化。

折射率是透明材料的一个重要光学参数，目前测定折射率的方法很多，主要有全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法测量时被测材料要制成棱镜，并且对棱镜的技术要求条件很高，不便快速测量，全反射法随方面快捷，但测量准确度不高，根据全反射法原理制成的阿贝折射仪其折射率的测量分辨率为10^-4-10^-5折射率单位，而且要求在测量时不能出现变化，在实时在线监测微量和低浓度时的效果不好，SPR灵敏度可达到10^-6RIU（折射率单位），并可实时在线监测，当折射率发生微小变化时立即便可监测出来。

目前国内外研制的SPR仪器基本上都是大型的专业化仪器，结构复杂，体积大，零件精密难以更换，价格昂贵等缺点，从而限制了该仪器的推广使用。

发明内容

本发明提供了一种通用性强，测量精度高，小型价廉的基于波长调制型表面等离子体共振技术的折射率在线测定装置

本发明的技术方案如下：

一种基于波长调制型SPR技术折射率在线测定装置，包括光源，光路系统，进样系统，SPR传感器，光谱仪与计算机；进样池与SPR传感器紧密贴合在一起，构建成一个密闭的空间；微型进样池的出口与废液缸相通；光谱仪与计算机连接，实现对共振波长的在线监测。

基于波长调制型SPR技术折射率在线测定方法，其特征是由光源-卤钨灯发出的光经过光路系统后得到p偏振平行光，得到的光束以固定入射角入射到棱镜及SPR芯片表面，反射的平行光由光纤接受传送到光谱仪中，得到待测物体的共振波长和折射率；通过微量注射泵和六通阀将待测物体按既定流速注入到微型进样池中，达到在线监测。

该测定装置包括光源，光路系统，进样系统，SPR传感器，光谱仪与计算机；由光源-卤钨灯发出的光经过光路系统后得到p偏振平行光，得到的光束以固定入射角入射到棱镜及SPR芯片表面，反射的平行光由光纤接受传送到光谱仪中，得到待测物体的共振波长和折射率。通过微量注射泵和六通阀将待测物体按既定流速注入到微型进样池中，达到在线监测的目的。六通阀与微型进样池相连，微量进样池与SPR传感器紧密贴合在一起，构建成一个密闭的空间。微型进样池的出口与废液缸相通。光源系统发出的光通过平行光管和偏振片后得到p偏振平行光，以固定的角度照射到SPR传感器上，在反射光处通过光纤将反射光引入到光谱仪中。光谱仪与计算机连接，实现对共振波长的在线监测。达到检测待测物体折射率的作用。

本发明结构简单，操作迅捷，操作人员无需专业培训即可完成。分辨率高，采用波长调制型进行SPR检测，可以避免了传统角度调制型复杂的角度调制装置以及带来的噪音。而且检测迅速灵敏，测定过程简单有效，并可以实现装置的小型化。

附图说明

图1波长调制型SPR折射率在线测定装置图；