一种基于DVD光栅结构的液体折射率测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于DVD光栅结构的液体折射率测量装置及其方法，属于表面等离子共振传感器技术领域。本发明专利技术应用DVD‑R光盘中的银合金光栅结构建立液体折射率测量装置及方法，DVD光栅的制备相对于传统的光栅，在保证高质量光滑整洁的表面形貌同时，实现了低成本、轻便易得、稳定性高以及耐腐蚀等目的。同时经改进的反射式液体折射率装置进一步提高了测量精度和灵敏度，整套装置简易高效，操作简单，稳定性可重复性高，增加了该装置在日常生活中的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DVD光栅结构的液体折射率测量装置及其方法
本专利技术涉及一种基于DVD光栅结构的液体折射率测量装置及其方法，属于表面等离子共振传感器

技术介绍
随着科学技术日新月异的发展，液体折射率测量传感器已经被广泛应用于生物或化学分子检测、环境监测、光电子器件等诸多领域，其中基于表面等离子共振(surfaceplasmonresonances)原理的液体折射率传感器是一种重要的传感器构造。表面等离子共振，因其在传感、成像、信息处理领域的潜在应用前景，几十年来吸引了众多科研工作者浓厚的研究兴趣。近年来，科研工作者不断改进表面等离子共振型液体折射率传感器的结构装置，使得该类型传感器的测量精度和灵敏度进一步提高。但是基于表面等离子共振原理的液体折射率测量传感器，要想获得理想的测量精度和高灵敏度，内部需要高质量的光栅结构。传统的液体折射率测量装置，需要定制一块高线数的光栅结构，导致了整个传感器装置的成本大幅度提升。同时存在光栅结构易被腐蚀、折射率测量范围窄、稳定性不高、灵敏度有待提高等诸多问题，很大程度上限制了液体折射率测量传感器在现实生活中的应用
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提出基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置及方法，DVD银合金光栅结构轻便易得，耐腐蚀且使用寿命长，大幅度降低了液体折射率测量传感器的成本，而且通过改进装置获得较高的测量精度和灵敏度，增加了该装置的实用性。本专利技术的第一个目的是提供一种新的光栅，是按如下方法制备获得的：(1)以市售DVD-R光盘为原材料，将市售DVD-R光盘裁剪成扇形状的小片结构，再用镊子利用机械力将小片结构分离成上下两片，一片带有染液层，呈现出浅紫色，另一片具有金属层，呈现出镜面似的反射面；(2)将带有金属层的薄片依次用异丙醇浸泡15分钟，再用去离子水清洗5分钟，最后用氮气吹干，制备获得位于金属反射层的银合金光栅结构；该光栅结构表面形貌光滑整洁，轻便易得，成本低。同时光栅结构表面薄膜是银合金，相对于传统的光栅结构更加得稳定且耐腐蚀。本专利技术的第二个目的是提供一种基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测定方法，所述方法应用DVD-R光盘上剥离的金属层中的银合金光栅结构，反射穿过待测溶液的光线，通过收集反射后的共振吸收峰波长或共振波功率计算溶液的折射率。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法的步骤包括：(1)应用基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置对已知折射率的溶液或试剂的共振吸收峰波长进行测定，拟合出共振吸收峰波长位置与折射率之间的关系曲线；(2)通过测量未知浓度的溶液或者不同试剂的反射光谱，利用极值法寻峰找出共振吸收峰波长的位置；(3)将测定获得的共振吸收峰波长带入步骤(1)获得的线性方程，换算出该待测溶液的折射率。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法的步骤包括：(1)通过测量已知折射率的不同浓度的溶液或者不同的试剂，拟合出共振波功率值与折射率之间的关系曲线；(2)应用基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置测量未知浓度的溶液或者不同试剂的反射光功率值大小；(3)通过步骤(1)的关系曲线换算该待测溶液的折射率。在本专利技术的一种实施方式中，所述银合金光栅结构是通过如下方法制备获得：(1)以市售DVD-R光盘为原材料，将市售DVD-R光盘裁剪成扇形状的小片结构，再用镊子利用机械力将小片结构分离成上下两片，一片带有染液层，呈现出浅紫色，另一片具有金属层，呈现出镜面似的反射面；(2)将带有金属层的薄片依次用异丙醇浸泡15分钟，再用去离子水清洗5分钟，最后用氮气吹干，制备获得位于金属反射层的银合金光栅结构；该光栅结构表面形貌光滑整洁，轻便易得，成本低。同时光栅结构表面薄膜是银合金，相对于传统的光栅结构更加得稳定且耐腐蚀。本专利技术的第三个目的是提供DVD银合金光栅结构在测定溶液折射率方面的应用。本专利技术的第四个目的是提供一种测定溶液折射率的装置，包括卤素灯光源、凸透镜、泰勒-格兰偏振镜、可变孔径光阑、比色皿、DVD银合金光栅结构、便携式光纤光谱仪、USB数据线以及计算机。在本专利技术的一种实施方式中，所述卤素灯光源的光谱波长范围是170nm-1030nm。在本专利技术的一种实施方式中，光纤光谱仪能够探测出从紫外到近红外波长的光，其波长范围是300nm-1100nm。在本专利技术的一种实施方式中，所述测定溶液折射率的装置由He-Ne激光器、比色皿、DVD银合金光栅结构、可变孔径光阑以及激光功率计组成。在本专利技术的一种实施方式中，所述He-Ne激光器，出射光波长为632.8nm。在本专利技术的一种实施方式中，所述激光功率计的探头是热电堆探头，能量范围为8pJ-15J。本专利技术还提供所述装置在生物或化学分子检测、环境监测、光电子器件等领域的应用。有益效果：与目前的液体折射率测量技术相比，本专利技术提供了两种基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置及其方法，DVD光栅的制备相对于传统的光栅，在保证高质量光滑整洁的表面形貌同时，实现了低成本、轻便易得、稳定性高以及耐腐蚀等目的。同时经改进的反射式液体折射率装置进一步提高了测量精度和灵敏度，整套装置简易高效，操作简单，置于空气中3个月甚至更久后，光栅测出的溶液共振吸收峰波长仍处于同一位置，稳定性、可重复性高，增加了该装置在日常生活中的实用性。附图说明图1是DVD银合金光栅结构的表面形貌三维图；图2是DVD银合金光栅结构在原子力显微镜下的横截面图；图3是一种基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置结构图；其中，1、卤素灯光源；2、凸透镜；3、泰勒-格兰偏振镜；4、可变孔径光阑；5、比色皿；6、DVD银合金光栅结构；8、便携式光纤光谱仪；9、USB数据线；10、计算机。图4是另一种基于DVD光栅结构的液体折射率测量装置结构图；其中，4、可变孔径光阑；5、比色皿；6、DVD银合金光栅结构；11、He-Ne激光器；12、激光功率计。图5是采用图3所示液体折射率测量装置，在4种不同浓度的葡萄糖溶液(5％、10％、15％、20％)中，采集到的表面等离子共振吸收光谱图；图6是采用图3所示液体折射率测量装置，拟合出的共振吸收峰波长位置与折射率之间的关系曲线；图7是采用图4所示液体折射率测量装置，拟合出的共振波功率值与折射率之间的关系曲线。具体实施方式实施例1：以市售DVD-R光盘为原材料，通过下述剥离方法，获取高质量的光栅结构。市售DVD-R光盘的结构如表1，DVD-R光盘主体结构为PC层-金属层-染液层-PC层。具体操作如下：将市售DVD-R光盘裁剪成扇形状的小片结构，再用镊子利用机械力将小片结构分离成上下两片，带有染液层的一片由于染液的覆盖，呈现出浅紫色，带有金属层的薄片由于银合金突出的反光性，呈现出镜面似的反射面。将带有金属层的一侧薄片依次用异丙醇浸泡15分钟，再用去离子水清洗5分钟，最后用氮气吹干，通过上述一系列的处理操作，最终获得我们所需的位于金属反射层的银合金光栅结构。上述步骤获得的银合金光栅结构如图1～2所示，呈较为规整的正弦曲线状，具有耐腐蚀性，将处理完后的DVD银合金光栅结构分别置于下述环境中：直接裸露在空气中，分别浸泡在盛有去离子水、醋酸溶液、38％的盐酸溶液、甲醇溶液、95％乙醇溶液、10％NaCl溶液、20％NaC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定液体折射率的方法，其特征在于，应用DVD光盘中的银合金光栅结构反射穿过待测溶液的光线，通过收集反射后的共振吸收峰波长或共振波功率换算溶液的折射率。

【技术特征摘要】
1.一种测定液体折射率的方法，其特征在于，应用DVD光盘中的银合金光栅结构反射穿过待测溶液的光线，通过收集反射后的共振吸收峰波长或共振波功率换算溶液的折射率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤包括：(1)应用基于DVD光盘中的银合金光栅结构的液体折射率测量装置对已知折射率的溶液或试剂的共振吸收峰波长进行测定，拟合出共振吸收峰波长位置与折射率之间的关系曲线；(2)应用基于DVD光盘中的银合金光栅结构的液体折射率测量装置测量未知浓度的溶液或者不同试剂的反射光谱，利用极值法寻峰找出共振吸收峰波长的位置；(3)将步骤(2)测定获得的共振吸收峰波长带入步骤(1)获得的线性方程，换算出该待测溶液的折射率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)应用基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置测量已知折射率的不同浓度的溶液或者不同的试剂，拟合出共振波功率值与折射率之间的关系曲线；(2)应用基于DVD银合金光栅结构的液体折射率测量装置测量未知浓度的溶液或者不同试剂的反射光功率值大小；(3)通过步骤(1)的关系曲线换算该待测溶液的折射率。4.根据权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，所述银合金光栅结构是通过如下方法制备获得：(1)以市售DVD-R光盘为原材料，将市售DVD-R光盘裁剪成小片结构，再利用机械力将小片结构的上下两层分离获得两个薄片，一片呈...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建军，孙源，钱维莹，孔艳，孙劭伟，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32