[发明专利]基于表面等离子共振技术的在线折射率计

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测技术、微控制器(MCU)技术、数字通信技术，尤其涉及一种基于表面等离子共振技术的在线折射率计。

背景技术

SPR(英文全称surface plasmon resonance)是表面等离子体共振的简称。光在玻璃与金属界面处发生全反射时产生的倏逝波会引发金属表面的自由电子产生表面等离子(surface plasmon，SP)，当表面等离子与倏逝波的频率和波数相同时，就会产生表面等离子共振。这种现象会使反射光的强度突然降低，并且对金属薄膜表面介质的折射率非常敏感。自从1983年Liedberg等将SPR技术用于IgG蛋白质与其抗原的相互反应测定之后，SPR技术以其灵敏度高、所需试样少、样品无需标记及检测速度快等特点被广泛用于生化、医疗、食品、环境等监测领域，成为传感器研究领域的热点。

折射率是表征各种材料光学性质的重要参数，折射率计是测量该参数的常用仪器，如何设计精密可靠的折射率仪器在教学、科研、医学领域都起着十分重要的作用。传统折射率仪都基于全反射原理设计制作，如比较普遍的阿贝折射仪，其折射率的测量分辨率为10^-4～10^-5折射率单位(RIU)左右，是目前测量折射率精度较高的仪器。但是，阿贝折射仪要求溶剂的折射率在测量时无变化，并在被测溶液为微量和低浓度时检测的效果并不好。前两年，国内外也出现一种新型的折射率仪，它基于菲涅尔原理，通过表面反射率的方法求得折射率值。但也由于其线性范围小(模拟信号处理)，稳定性差等因素在应用上受到制约。还有诸如光纤传感式材料折射仪，基于CMOS图象传感器的液体折射率计等。由于技术复杂，导致测量方法尚不成熟，因而也并非十分理想。

SPR检测技术是一种新型的光电检测技术，具有检测灵敏度高、抗电磁干扰性能好、样品需要量少等特点，其检测灵敏度可达到1×10^-6RIU(折射率单位)。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用性强、灵敏度高、微量进样、小型且价廉的基于表面等离子共振技术的在线折射率计。

基于表面等离子共振技术的在线折射率计包括多位阀、蠕动泵、微型流通池、SPR传感器、信号检测与控制器和计算机；多位阀出口与微型流通池的进口相连接，微型流通池与SPR传感器贴合设置，微型流通池的出口与蠕动泵的进口相连接，蠕动泵出口直接连接到废液池；计算机与信号检测与控制器相连接，信号检测与控制器分别与SPR传感器、多位阀、蠕动泵相连接。

所述的信号检测与控制器的内部模块连接关系为：控制芯片C8051F020与通信电路、SPR传感器相连接，其中通信电路为串口通信电路或UART转USB芯片电路；SPR传感器与信号处理电路、控制芯片C8051F020相连接。多位阀为C22-3183EH两位微电动3通切换阀。

SPR传感器包括壳体、传感装置、传感控制电路，其中，传感装置包括LED光源、偏振片、直角棱镜、金属膜、CCD探测器，直角棱镜下表面镀有金属膜，LED光源位于直角棱镜左表面，偏振片位于LED光源与直角棱镜左表面之间，CCD探测器位于直角棱镜右表面。

传感控制电路为：拨码开关与可编程逻辑器件、线阵CCD、运算放大器、AD转换器、控制芯片C805 1F020相连接。

微型流通池由金属膜、垫片及下基片构成，金膜、垫片、下基片由上至下依次紧紧叠加在一起，垫片上设有导流槽，下基片上设有进孔、出孔，垫片上的导流槽和下基片上的进孔、出孔连通构成导流通道。

本发明检测器以微细加工技术制作流动池，采用高质量SPR芯片作为传感器，采用C8051F020控制芯片进行控制、模数转换、运算处理，信号处理电路对信号进行放大滤波处理，计算机分析处理，具有通用性好、灵敏度高、微量进样、小型和价廉等的优点。

附图说明

图1为基于表面等离子共振技术的在线折射率计的结构示意框图；

图2为本发明的信号检测与控制器结构示意框图；

图3为本发明的SPR传感器的传感装置结构示意图；

图4为本发明的SPR传感器的传感控制电路框图

图5为本发明的微型流通池的结构示意图；

图6为本发明的带有导流槽的垫片结构示意图；

图7为本发明的带有进、出孔的下基片的结构示意图；

图8为本发明的上位机软件功能模块图。

具体实施方式