贵金属纳米阵列消光光谱测量装置及其传感检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种贵金属纳米阵列消光光谱测量装置及其传感检测方法，其装置包括白光光源、光束提升器、显微组件、样品夹具、光信号采集器、光谱仪和计算机终端，白光光源发出的光束经光束提升器改变传播路径后入射至显微组件上，显微组件出射的聚焦光束入射至被测样品上，光信号采集器接收经被测样品透射的聚焦光束并传输给光谱仪，光谱仪输出光谱信号给计算机终端，计算机终端根据被测样品的消光光谱相对于贵金属纳米阵列的消光光谱的消光峰位置的变化，计算获得有机溶液的浓度；该装置能够对具有复杂结构、微米级尺寸大小的贵金属纳米阵列的消光光谱实现精确定位测量；利用该装置实现有机溶液浓度检测的过程简单，成本低，灵敏度高。

Noble metal nano array extinction spectrum measuring device and sensing detection method thereof

The invention discloses a noble metal nanoarray extinction spectral measuring device and its sensing detection method. The device comprises a white light source, a light beam lift, a microscope component, a sample fixture, an optical signal collector, a spectrometer and a computer terminal. The light beam emitted by a white light source changes the propagation path after a beam lift. On the micro component, the focused beam of the microscopic component ejected to the measured sample. The light signal collector receives the focused beam transmitted by the measured sample and transfers it to the spectrometer. The spectrometer outputs the spectral signal to the computer terminal, and the computer terminal is based on the extinction of the measured sample according to the extinction of the noble metal nanoscale array. The concentration of the organic solution can be obtained by the change of the peak position of the extinction peak of the spectrum. The device can accurately locate the extinction spectra of the noble metal nanoscale array with complex structure and micrometer size, and the process of detecting the concentration of organic solution by this device is simple, low cost and high sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
贵金属纳米阵列消光光谱测量装置及其传感检测方法
本专利技术涉及一种有机溶液浓度的传感检测技术，尤其是涉及一种贵金属纳米阵列消光光谱测量装置以及利用其实现有机溶液浓度传感检测的方法。
技术介绍
众所周知，贵金属纳米粒子的消光特性对其自身的尺寸、形貌和环境介质具有强烈的依赖性。通过贵金属纳米粒子的消光光谱测量可以对其消光特性进行表征和分析。一般地，贵金属纳米粒子的消光光谱是通过测量贵金属纳米粒子的胶体溶液的吸收光谱得到的，而对于由贵金属纳米粒子自组装形成的贵金属纳米阵列或者由微纳刻蚀技术制备的贵金属纳米阵列的消光光谱，则需要同时测量贵金属纳米阵列的散射光谱和吸收光谱。目前，贵金属纳米阵列的散射光谱需要借助积分球进行测量，贵金属纳米阵列的吸收光谱则需要借助紫外可见近红外分光光度计进行测量，其中利用积分球的测量方法需要进行多步的光通量和光谱定标，利用紫外可见近红外分光光度计的测量方法需要自检、暗电流和基线校准等一系列步骤，故而这两种方法都存在测量耗时长、操作繁琐的不足，且积分球和紫外可见近红外分光光度计都只能测量样品的整体光谱特性，即无法对样品进行局部的精确定位测量，因而不适用于具有复杂结构的贵金属纳米阵列样品的消光光谱测量。另一方面，就有机溶液浓度的传感检测而言，目前有许多常用方法，例如：基于朗伯-比尔定律的吸收光谱方法、基于物质分离吸附原理的气/液相色谱法、基于分子电离技术的分子质谱法、基于光与物质非弹性散射的拉曼光谱检测法等。这些常用方法虽然能够有效实现有机溶液浓度的传感检测，但是也各自存在不足，如：基于朗伯-比尔定律的吸收光谱方法只适用于低浓度(<0.01mol/L)溶液的检测；基于物质分离吸附原理的气/液相色谱法和基于分子电离技术的分子质谱法的检测成本高；基于光与物质非弹性散射的拉曼光谱检测法易受荧光和光学系统参数的影响，检测精度不够理想。因此，设计一种能够对微米级尺寸大小且具有复杂结构的贵金属纳米阵列的被测样品进行消光光谱精确测量的装置，并利用贵金属纳米阵列的消光光谱对其自身尺寸、形貌和环境介质强烈依赖的特性，开展有机溶液浓度的精确传感检测，具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种结构简单、操作方便的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其能够对微米级尺寸大小且具有复杂结构的贵金属纳米阵列的被测样品实现精确定位测量。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种利用贵金属纳米阵列消光光谱测量装置实现有机溶液浓度传感检测的方法，其检测过程简单、检测成本低、检测灵敏度高。本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：包括白光光源、用于改变光束传播路径的光束提升器、显微组件、用于夹持住被测样品使被测样品水平放置的样品夹具、光信号采集器、光谱仪和计算机终端，所述的白光光源发出的光束经所述的光束提升器改变传播路径后入射至所述的显微组件上，所述的显微组件出射的聚焦光束入射至所述的被测样品上，所述的光信号采集器接收透射过所述的被测样品的聚焦光束，并传输聚焦光束给所述的光谱仪，所述的光谱仪输出光谱信号给所述的计算机终端。所述的光束提升器由竖直设置的第一支架及设置于所述的第一支架的下部的第一反射镜和设置于所述的第一支架的上部的第二反射镜组成，所述的白光光源发出的光束入射至所述的第一反射镜上，所述的第一反射镜反射的光束入射至所述的第二反射镜上，所述的第二反射镜反射的光束入射至所述的显微组件上。在此，光束提升器的作用是用来将光束从低位置提升到高位置，利用两个反射镜即可实现，光束提升器的结构简单，成本低，且操作方便。所述的第一反射镜和所述的第二反射镜均与水平面呈45度角，所述的第一反射镜和所述的第二反射镜平行设置，所述的第一反射镜的反射面与所述的第二反射镜的反射面正对。在此，对第一反射镜和第二反射镜的安装位置进行限定，能够确保第一反射镜反射的光束全部被第二反射镜接收，第二反射镜反射的光束全部被显微组件接收。所述的显微组件由竖直设置的第二支架、自上而下依次连接于所述的第二支架上的半透半反镜和物镜、连接于所述的第二支架上且位于所述的半透半反镜透射的光束的传播路径上的吸光板组成，所述的半透半反镜和所述的物镜位于所述的样品夹具的正上方，所述的光束提升器出射的光束入射至所述的半透半反镜上，所述的半透半反镜反射的光束入射至所述的物镜上，所述的物镜出射的聚焦光束入射至所述的被测样品上，所述的半透半反镜透射的光束入射至所述的吸光板上，所述的吸光板吸收所述的半透半反镜透射的光束。在此，先利用半透半反镜来改变来自第二反射镜反射的光束的传播路径，使半透半反镜反射的光束垂直入射至物镜上，而半透半反镜透射的光束入射至吸光板上，被吸光板吸收；然后由物镜对半透半反镜反射的光束进行聚焦，这种显微组件的结构简单且功能实现方便。所述的半透半反镜与水平面呈45度角，所述的半透半反镜的反射面与所述的第二反射镜的反射面相对；所述的吸光板竖直设置与所述的半透半反镜呈45度角。在此，通过限制第二反射镜与半透半反镜的相对位置，能够确保第二反射镜反射的光束全部被半透半反镜接收；通过限制半透半反镜与吸光板的相对位置，能够确保半透半反镜透射的光束全部被吸光板吸收。所述的第二支架上还连接有CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)摄像机，所述的CCD摄像机位于所述的半透半反镜的正上方，所述的CCD摄像机的输出端与所述的计算机终端连接，所述的CCD摄像机获取通过所述的物镜观察到的所述的被测样品中的贵金属纳米阵列的形貌。在此，通过在物镜的正上方设置一个CCD摄像机，利用CCD摄像机来获取作为被测样品的贵金属纳米阵列的形貌，拓展了该装置的功能。该贵金属纳米阵列消光光谱测量装置还包括用于调节所述的样品夹具的位置的第一三维位置调节装置，所述的第一三维位置调节装置由第一定位板、安装于所述的第一定位板上的第一三维位移平台、连接所述的第一三维位移平台与所述的样品夹具的第一连杆组成，通过所述的第一三维位移平台调节所述的样品夹具的位置使所述的被测样品位于所述的物镜的正下方。在此，利用第一三维位移平台来调节样品夹具的位置，使被测样品位于物镜的正下方，使得物镜出射的聚焦光束完全入射至被测样品上。所述的光信号采集器由光纤探头夹具和由所述的光纤探头夹具夹持的光纤探头组成，所述的光纤探头竖直放置且其接收端位于所述的被测样品的正下方，所述的光纤探头接收透射过所述的被测样品的聚焦光束，所述的光纤探头的输出端通过传导光纤与所述的光谱仪的输入端连接，所述的光纤探头传输透射过所述的被测样品的聚焦光束给所述的光谱仪；该贵金属纳米阵列消光光谱测量装置还包括用于调节所述的光信号采集器的位置的第二三维位置调节装置，所述的第二三维位置调节装置由第二定位板、安装于所述的第二定位板上的第二三维位移平台、连接所述的第二三维位移平台与所述的光纤探头夹具的第二连杆组成，通过所述的第二三维位移平台调节所述的光纤探头夹具的位置使所述的光纤探头位于所述的被测样品的正下方且靠近所述的被测样品的下表面。在此，利用第二三维位移平台来调节光纤探头夹具的位置，使光纤探头位于被测样品的正下方且靠近被测样品的下表面，使光纤探头采集的信息更为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：包括白光光源、用于改变光束传播路径的光束提升器、显微组件、用于夹持住被测样品使被测样品水平放置的样品夹具、光信号采集器、光谱仪和计算机终端，所述的白光光源发出的光束经所述的光束提升器改变传播路径后入射至所述的显微组件上，所述的显微组件出射的聚焦光束入射至所述的被测样品上，所述的光信号采集器接收透射过所述的被测样品的聚焦光束，并传输聚焦光束给所述的光谱仪，所述的光谱仪输出光谱信号给所述的计算机终端。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：包括白光光源、用于改变光束传播路径的光束提升器、显微组件、用于夹持住被测样品使被测样品水平放置的样品夹具、光信号采集器、光谱仪和计算机终端，所述的白光光源发出的光束经所述的光束提升器改变传播路径后入射至所述的显微组件上，所述的显微组件出射的聚焦光束入射至所述的被测样品上，所述的光信号采集器接收透射过所述的被测样品的聚焦光束，并传输聚焦光束给所述的光谱仪，所述的光谱仪输出光谱信号给所述的计算机终端。2.根据权利要求1所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的光束提升器由竖直设置的第一支架及设置于所述的第一支架的下部的第一反射镜和设置于所述的第一支架的上部的第二反射镜组成，所述的白光光源发出的光束入射至所述的第一反射镜上，所述的第一反射镜反射的光束入射至所述的第二反射镜上，所述的第二反射镜反射的光束入射至所述的显微组件上。3.根据权利要求2所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的第一反射镜和所述的第二反射镜均与水平面呈45度角，所述的第一反射镜和所述的第二反射镜平行设置，所述的第一反射镜的反射面与所述的第二反射镜的反射面正对。4.根据权利要求2或3所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的显微组件由竖直设置的第二支架、自上而下依次连接于所述的第二支架上的半透半反镜和物镜、连接于所述的第二支架上且位于所述的半透半反镜透射的光束的传播路径上的吸光板组成，所述的半透半反镜和所述的物镜位于所述的样品夹具的正上方，所述的光束提升器出射的光束入射至所述的半透半反镜上，所述的半透半反镜反射的光束入射至所述的物镜上，所述的物镜出射的聚焦光束入射至所述的被测样品上，所述的半透半反镜透射的光束入射至所述的吸光板上，所述的吸光板吸收所述的半透半反镜透射的光束。5.根据权利要求4所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的半透半反镜与水平面呈45度角，所述的半透半反镜的反射面与所述的第二反射镜的反射面相对；所述的吸光板竖直设置与所述的半透半反镜呈45度角。6.根据权利要求4所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的第二支架上还连接有CCD摄像机，所述的CCD摄像机位于所述的半透半反镜的正上方，所述的CCD摄像机的输出端与所述的计算机终端连接，所述的CCD摄像机获取通过所述的物镜观察到的所述的被测样品中的贵金属纳米阵列的形貌。7.根据权利要求4所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：该贵金属纳米阵列消光光谱测量装置还包括用于调节所述的样品夹具的位置的第一三维位置调节装置，所述的第一三维位置调节装置由第一定位板、安装于所述的第一定位板上的第一三维位移平台、连接所述的第一三维位移平台与所述的样品夹具的第一连杆组成，通过所述的第一三维位移平台调节所述的样品夹具的位置使所述的被测样品位于所述的物镜的正下方。8.根据权利要求7所述的贵金属纳米阵列消光光谱测量装置，其特征在于：所述的光信号采集器由光纤探头夹具和由所述的光纤探头夹具夹持的光纤探头组成，所述的光纤探头竖直放置且其接收端位于所述的被测样品的正下方，所述的光纤探头接收透射过所述的被测样品的聚焦光束，所述的光纤探头的输出端通过传导光纤与所述的光谱仪的输入端连接，所述的光纤探头传输透射过所述的被测样品的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冠毅，周骏，王鹏，陈栋，张珠峰，王泓熹，姜涛，顾辰杰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33