[发明专利]一种基于激光光热干涉的水中砷离子定量检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于激光光热干涉的水中砷离子定量检测装置，包括第一激光器（1）和第二激光器（3），其特征在于：所述第一激光器（1）和第二激光器（3）呈垂直分布，所述第一激光器（1）通过第一激光快门（2）控制激光照射时间；所述第二激光器（3）通过第二激光快门（4）控制激光照射时间；所述第一激光器（1）的波长范围为500~550 nm，第二激光器（3）的波长范围为600~650nm，两个激光器的激光强度均为0.5~1.5 W/cm²；二向色镜（5）位于两个激光器发出的激光的交点处，二向色镜（5）的方向与两个激光器发出的激光束形成的夹角的角平分线相同，反射激光的反射镜（6）固定在微通道芯片（7）的正上方与水平面呈45°夹角；所述微通道芯片（7）固定安装于微通道芯片固定平台（8），微通道芯片（7）包括用于反应溶液混合的进样口、排出检测液的出样口（7-4）和用于激光照射的检测区（7-5），进样口包括第一进样口（7-1）、第二进样口（7-2）和第三进样口（7-3），第一进样口（7-1）与第二进样口（7-2）通过微通道汇合后形成汇合通道（7-12），汇合通道（7-12）通过微通道与第三进样口（7-3）汇合形成检测通道（7-6），检测区（7-5）位于检测通道（7-6）的中部，检测通道（7-6）末端设置出样口（7-4）；

光束经过微通道反射、折射的光线产生的干涉条纹通过光电探测器（9）接收，光电探测器（9）连接计算机（10）。

2.根据权利要求1所述的基于激光光热干涉的水中砷离子定量检测装置，其特征在于：所述微通道横截面为圆形或半圆形或正方形。

3.根据权利要求2所述的基于激光光热干涉的水中砷离子定量检测装置，其特征在于：所述圆形和半圆形的微通道横截面直径范围为200μm~2000μm，正方形的微通道横截面宽度范围为200μm~2000μm。

4.一种基于激光光热干涉的水中砷离子定量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1. 配制As(Ⅲ)适体链溶液和纳米金颗粒溶液并将其混合，得到反应溶液；配制浓度分别为0 mg/L、1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L、7mg/L、8mg/L的不同浓度的As(Ⅲ)标准品溶液；配制高浓度的NaCl溶液；

S2. 将反应溶液、超纯水和NaCl溶液按顺序分别由微通道芯片的第一进样口（7-1）、第二进样口（7-2）和第三进样口（7-3）通入，使得反应溶液先与超纯水在汇合通道（7-12）混合，然后再与NaCl溶液在检测通道（7-6）混合后流经检测区（7-5）；

S3. 停止进样口的溶液通入，检测区（7-5）溶液停止流动后打开第一激光快门（2），关闭第二激光快门（4），第一激光器（1）的激光束照射检测区（7-5）90～150s，通过光电探测器（9）连续记录干涉条纹信号的变化，以第一激光器（1）照射终了时刻相对于起始时刻条纹信号的差值作为超纯水光热信号PT₀-1；

S4. 关闭第一激光快门（2），打开第二激光快门（4），第二激光器（3）发出的激光照射检测区（7-5）的时间与步骤S3中照射时间相同，通过光电探测器（9）连续记录干涉条纹信号的变化，以第二激光器（3）照射终了时刻相对于起始时刻干涉条纹信号的差值作为超纯水光热信号PT₀-2；

S5. 步骤S1中配制的所有不同浓度的As(Ⅲ)标准品溶液依次进行如下操作：

S5.1. 将反应溶液、As(Ⅲ)标准品溶液和NaCl溶液按顺序分别由微通道芯片的第一进样口（7-1）、第二进样口（7-2）和第三进样口（7-3）通入，使得反应溶液先与As(Ⅲ)标准品溶液在汇合通道（7-12）混合，然后再与NaCl溶液在检测通道（7-6）混合后流经检测区（7-5）；

S5.2. 停止进样口的溶液通入，检测区（7-5）溶液停止流动后打开第一激光快门（2），关闭第二激光快门（4），第一激光器（1）的激光束照射检测区90～150s，通过光电探测器（9）连续记录干涉条纹信号的变化，以第一激光器（1）照射终了时刻相对于起始时刻条纹信号的差值作为As(Ⅲ)标准品溶液光热信号PT-1；

S5.3. 关闭第一激光快门（2），打开第二激光快门（4），第二激光器（3）发出的激光照射检测区（7-5）的时间与步骤S5.2中照射时间相同，通过光电探测器（9）连续记录干涉条纹信号的变化，以第二激光器（3）照射终了时刻相对于起始时刻干涉条纹信号的差值作为As(Ⅲ)标准品溶液光热信号PT-2；

S5.4. As(Ⅲ)标准品溶液光热信号PT-1减去超纯水光热信号PT₀-1得到第一激光器（1）照射下As(Ⅲ)标准品溶液校准光热信号CPT-1，As(Ⅲ)标准品溶液光热信号PT-2减去超纯水光热信号PT₀-2得到第二激光器（3）照射下As(Ⅲ)标准品溶液校准光热信号CPT-2；

S6. 以不同浓度As(Ⅲ) 标准品溶液的浓度为横坐标，以第二激光器（3）照射下As(Ⅲ)标准品溶液校准光热信号CPT-2减去第一激光器（1）照射下As(Ⅲ)标准品溶液校准光热信号CPT-1的差值D为纵坐标，绘制标准曲线；

S7. 将未知浓度的待测样品由第二进样口（7-2）通入替代As(Ⅲ)标准品溶液，重复步骤S51~S5.4，将差值代入标准曲线，即可获取待测样品中As(Ⅲ)浓度；

以上步骤中，两个激光器的激光束对第二进样口（7-2）通入的同一液体的照射时间间隔为2分钟，且两个激光器照射所述超纯水、As(Ⅲ)标准品溶液和待测溶液的激光强度相同，更换第二进样口（7-2）通入的液体前均需将微通道芯片（7）中的前一种溶液清洗干净。