專利名稱：全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種光化學傳感系統(tǒng)，特別涉及利用表面等離子體激元共振現(xiàn)象構造的光化學傳感裝置。
用表面等離子體激元共振技術構造光化學傳感器是90年代傳感器領域的研究熱點。此種傳感方法可在生物大分子相互作用的研究方面獲得重要應用。迄今為止，所報導的棱鏡偶合式表面等離子體激元共振傳感器均采用固定入射波長，調整入射光角度作變量的測量模式。比如由＂Biochemistry，Vol.33，No.46，1994，13707＂公開的用于表面等離子體激元共振研究的實驗裝置，即是一例。該裝置的結構剖面圖如圖1所示。光源1采用He/Ne激光器，因此是單一波長的光源，為了調整入射光線2入射到棱鏡3上的角度，需將整個裝置的大部分構件安裝在旋轉臺4上，反射光線5由探測器6接收。樣品室7內裝有待分析物質，當入射光線2以某一角度入射時，在高反射金屬膜10與樣品室7溶液的界面產生全反射，但光波仍有部分進入到溶液中形成消失波。改變入射角，直到消失波與表面等離子體激元發(fā)生共振，此時反射光強度急劇下降，由于表面等離子體激元共振與溶液的介電常數(shù)有關，而后者又與樣品溶液的組成有關，所以通過測量反射光強與入射角的關系，可對樣品進行定量分析?，F(xiàn)有技術的裝置中，為了改變入射光線2的入射角必須設置一個大旋轉臺4，同時必須有精密的測量角度的部件(需要精確至0.01°)，另外，棱鏡3與樣品室7之間必須用機油密封，因此每個傳感元件(棱鏡)只能一次性使用，裝置龐大笨重繁雜，造價很高，使用也不方便。
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的缺點，設計出一種固定入射光線的入射角而以入射光線波長作變量，檢測反射光強度與波長關系的裝置，完成對樣品的定性和定量分析，達到裝置簡便，易于測試、造價低的目的。
本發(fā)明的全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置，采用連續(xù)波長的光源和用光導纖維傳輸方式，并用計算機對數(shù)據(jù)進行處理，因而不再需將各構件—棱鏡、流通池、檢測器等置于一個笨重的旋轉臺上，也不必再用精密度高的測量角度的部件，從而實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的具體結構由圖2給出。其中仍包括有光源1、棱鏡3、檢測器6等。棱鏡3的下底面鍍有高反射的金屬薄膜10，光源1發(fā)出的入射光線2經棱鏡3反射，反射光線5由檢測器6接收，并對反射光強進行檢測。本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術的結構有，光源1是連續(xù)波長光源；入射光線2經過平行偏振光管12后，以平行光線入射到棱鏡3中；流通池11的結構和作用與現(xiàn)有技術中的樣品室7相似，它與棱鏡3之間是通過墊圈密封的，流通池11開有進樣毛細管口14和廢液毛細管口13，樣品池16內的待分析樣品通過蠕動泵15和進樣毛細管口14泵入流通池11；反射光線5經會聚透鏡17聚焦于光導纖維18的一端，傳輸至光柵19和檢測器6，數(shù)據(jù)經計算機20處理得到反射光強度隨波長變化的光譜圖。
光源1可以用連續(xù)光源燈，波長范圍200～800nm，并置于一個多維調節(jié)架上，架面上可以裝一個帶刻度的圓盤，用于顯示入射光線2的角度，刻度的精確度要求不高。所說的平行偏振光管12，是內裝偏振片21和兩塊透鏡22的兩端開口透光的筒；流通池11可以裝在多維調節(jié)架上，以便調節(jié)光路，會聚透鏡17也可以裝在多維調節(jié)架上，以調節(jié)經棱鏡3射出的反射光線5，使其偶合聚焦在光導纖維18的一端。圖2中沒有畫出多維調節(jié)架。
為了使棱鏡3能多次使用，改變現(xiàn)有技術中的機油密封方法，而采用墊圈密封。具體做法是，在棱鏡3下底反射面與流通池11上面的接觸處加裝橡膠墊圈，在棱鏡3上面和流通池11下底面各置一有機玻璃板，再將兩有機玻璃板用調節(jié)螺桿連接固定夾緊，使夾在其中的棱鏡3和流通池11間緊密接觸密封。
實施例棱鏡3表面鍍一層50nm厚的銀膜作為高反射金屬膜10；用Fullwave軟件和汞燈、鈉燈校正光源波長；檢測器6采用CCD陣列檢測器。流通池11通過墊圈，與棱鏡3密封后水平放置，首先在流通池11中置入蒸餾水；調節(jié)多維調節(jié)架使光源1發(fā)出的入射光線2與水平方向夾角約為10°。使用時可以選擇入射光線2與水平方向夾角在0°～20°角之間進行調試，直至出現(xiàn)共振現(xiàn)象且峰形最好，固定光源1，開啟蠕動泵15進樣，計算機20記錄反射光強度隨波長變化的光譜圖。用此裝置對乙醇的測量靈敏度為4.6×10-4折射率單位(575.0nm)，與國家標準規(guī)定的檢驗方法對照，相對誤差在+1.5％～-0.37％之間。
本發(fā)明的全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置跟現(xiàn)有技術比較有以下幾個顯著優(yōu)點。
(1)由于光源是連續(xù)波長的光源，檢測器是CCD陣列檢測器，所以可研究的物質范圍擴大了，在200～800nm波長范圍內有共振響應的物質都可進行研究。
(2)由于以共振波長為測量值，所以實驗過程中不需調整入射光角度，只需在實驗前根據(jù)待研究物質的特性固定一個入射角度，實驗過程中所有的部件都不需要象現(xiàn)有技術那樣旋轉，故可省略掉一個旋轉臺，因而成本相對較低，且操作更加簡便。
(3)由于不以入射光角度做變量，所以不需要精密的角度測量部件，也使成本降低。
(4)棱鏡用完取下之后，還可以重新安裝多次使用，而現(xiàn)有技術中樣品室與傳感元件棱鏡之間用機油密封，每個傳感元件棱鏡只能一次性使用。
(5)實驗操作簡單，開啟蠕動泵，樣品進入流通池之后，微機屏幕上即可顯示共振圖形和共振波長值，不需做其它調整，而現(xiàn)有技術需不斷調整入射光線的入射角。
(6)穩(wěn)定性好，響應迅速，壽命較長，測量準確。
圖1是現(xiàn)有技術的裝置結構簡圖。
圖2是本發(fā)明裝置結構簡圖。
權利要求
1.一種全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置，其結構包括有光源(1)、棱鏡(3)、檢測器(6)等部分，棱鏡(3)的下底面鍍有高反射的金屬膜(10)，光源(1)發(fā)出的入射光線(2)經棱鏡(3)反射，反射光線(5)由檢測器(6)接收并檢測，其特征在于，光源(1)是連續(xù)波長光源；入射光線(2)經平行偏振光管(12)后，以平行光線入射到棱鏡(3)中；流通池(11)上面與棱鏡(3)下底面之間是通過墊圈密封的，流通池(11)開有進樣毛細管口(14)和廢液毛細管口(13)；樣品池(16)內的待分析樣品通過蠕動泵(15)和進樣毛細管口(14)泵入流通池(11)；反射光線(5)經會聚透鏡(17)聚焦于光導纖維(18)的一端，傳輸至光柵(19)和檢測器(6)；數(shù)據(jù)經計算機(20)處理，得到反射光強度隨波長變化的光譜圖。
2.按照權利要求1所述的全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置，其特征在于，光源(1)是連續(xù)光源，并置于一個多維調節(jié)架上；所說的平行偏振光管(12)，是內裝偏振片(21)和兩塊透鏡(22)的兩端開口透光的筒；流通池(11)裝在多維調節(jié)架上；會聚透鏡(17)裝在多維調節(jié)架上。
3.按照權利要求1或2所述的全波長表面等離子體激元共振光化學傳感裝置，其特征在于，所說的流通池(11)與棱鏡(3)之間的墊圈密封，是在棱鏡(3)下底反射面與流通池(11)的上面接觸處加裝橡膠墊圈，在棱鏡(3)上面和流通池(11)下底面各置一有機玻璃板，再用調節(jié)螺桿連接固定夾緊。
全文摘要
本發(fā)明屬利用表面等離子體激元共振現(xiàn)象構造的光化學傳感裝置。采用連續(xù)波長的光源(1),使入射光線在棱鏡(3)與注入樣品的流通池(11)的界面產生全反射,檢測器(6)檢測反射光強度,計算機(20)給出光譜圖,完成對樣品的定量分析,從而省去了笨重的旋轉臺和精確的測角度系統(tǒng)。在棱鏡(3)與流通池(11)間采用橡膠墊圈密封,從而能多次使用傳感元件。本發(fā)明具有可研究物質范圍大、測量準確、穩(wěn)定性好、響應迅速、操作方便、成本較低等特點。
文檔編號G01N21/63GK1203382SQ9811573
公開日1998年12月30日 申請日期1998年7月1日 優(yōu)先權日1998年7月1日
發(fā)明者金欽漢, 趙曉君, 張寒琦, 王珍, 許漢英, 梁楓 申請人:吉林大學