[实用新型]一种多通道光纤型表面等离子共振谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，特别是涉及一种多通道光纤型表面等离子共振谱仪。

背景技术

表面等离子体是指金属表面自由电子在外部电磁场的作用下发生的相干振荡。当金属的自由电子受到光的电磁场扰动时，电子的密度分布会变得不均，形成局部正电荷积累；在库仑引力作用下，正电荷区域会将临近的电子吸引过来，而由于电子在该过程中获得额外动量，又会使该区域过多积累负电荷；随后电子间的斥力使其再次分开。该过程在极短的时间内多次重复，形成金属表面电子的密度振荡。表面等离子体可存在于金属与电介质的界面，由这种电荷密度振荡产生的电磁场沿界面传播，形成表面等离子波。表面等离子波是偏振的横波，场矢量垂直于波的传播方向，平行于金属与电介质的界面，而且表面等离子波的场矢量在界面处达到最大值，并在两侧介质中呈指数快速衰减。当外部电磁场与表面等离子波的波矢量相匹配时，两者会发生共振，外部电磁场的能量被表面等离子波吸收而发生很强烈的衰减，这种现象被称为表面等离子共振。表面等离子波传播界面的两侧介质(尤其是临近金属表面处)的介电常数变化会影响外部电磁场在界面处的波矢量大小，从而改变激发表面等离子共振的条件(电磁波的波长和入射角度)。这也正是表面等离子共振技术可以用于生物传感的理论依据，根据这个特性，当生物分子反应在金属表面发生时，会使表面等离子共振激发条件随之改变，通过检测这种变化就可以反映生物分子反应的过程。

表面等离子共振现象的研究源自20世纪初。20世纪70年代，科学家们又论证了表面等离子共振现象在生物化学检测方面的应用。20世纪90年代，BIAcore AB公司研制出了以表面等离子共振现象为核心的生物传感芯片。与传统的生化检测方法相比，表面等离子共振分析检测技术具有实时性好、灵敏度高、无需标记等特点，因而具有广阔的应用前景。

在光纤中，由于光线能以全反射的形式传输，我们可将光纤与表面等离子体共振技术结合起来，发展新型的光纤表面等离子体共振传感器。与传统的棱镜结构的SPR传感器相比，光纤SPR传感器具有一系列的优点：(1)体积小巧，重量轻便，可弯折，适用于复杂环境；(2)结构稳定，采用波长检测方式，不易受机械结构及光源强度波动的影响；(3)使被测空间缩小到光纤直径尺寸的数量级；(4)利用光纤的传输功能，可以实现在线实时远距离检测；(5)具有非常好的电磁绝缘性；(6)便于实现传感器阵列和光学集成。因此，该技术在环境监测、食品卫生、生物医药、生化检测等领域有着广阔的应用前景。然而目前，无论是棱镜型还是光纤型，常见的表面等离子共振检测仪器多为单通道或双通道，无法实现对样品的多种不同指标同时进行检测。

实用新型内容

为了解决现有表面等离子体检测仪器无法实现对样品不同指标同时进行检测的问题，本实用新型提供一种多通道光纤型表面等离子共振谱仪。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种多通道光纤型表面等离子共振谱仪，包括：光路系统、液路系统和控制系统，所述光路系统、液路系统集成在一个机箱中。

所述光路系统包括：光源、多通道光纤转换器、分束光纤、核心传感器和光谱仪，所述多通道光纤转换器分别与所述光源、光谱仪及多根所述分束光纤连接；每根所述分束光纤分别与一个所述核心传感器连接；每个核心传感器分别插入所述多通道样品池的一个传感器插入口，并与样品池中流过的待测液体接触，获得检测信号；

所述液路系统包括多通道样品池和废液收集器，样品依次流经所述多通道样品池，在所述核心传感器上实现不同组分的检测，最后流入所述废液收集器；

所述控制系统为一台计算机，其通过数据传输线控制所述光谱仪和多通道光纤转换器，光源发出的光经所述多通道光纤转换器进行多通道光路之间的切换后经多根所述分束光纤分别进入各核心传感器，在核心传感器处发生表面等离子共振，所获得的反馈信号经分束光纤反射回所述多通道光纤转换器，由光谱仪采集信号后传输至所述计算机，由计算机对所采集的信号进行分析处理。

优选的是，所述多通道样品池包括池体、液路进口、内部液路、液路出口和传感器插入口，所述液路进口和液路出口分别与所述池体内的内部液路的两端连通；所述传感器插入口间隔设置有多个，所述各传感器插入口的位置使得各传感器的轴线共面且各传感器在轴向方向上形成高度差，以避免相邻传感器的固定配件发生相互干涉；所述内部液路由多段组成，每段液路由传感段液路和串联段液路构成，所述串联段液路连接相邻两传感器的传感段液路且与这两段传感段液路之间形成的夹角均为钝角；每个所述传感器插入口均与所述液路进口和液路出口的方向垂直。