基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开的基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统包括检测盒、总光纤束、第一光纤分束器、第二光纤分束器、第一滤光片、第二滤光片、半导体激光器、拉曼光谱仪和计算机，检测盒包括输入接口、输出接口、二维码和试剂盒，半导体激光器的输出端依次经第一滤光片、第三分叉光纤、第一分叉光纤与输入接口相连，输出接口依次经第二分叉光纤、第四分叉光纤、第二滤光片与拉曼光谱仪的输入端相连，拉曼光谱仪的输出端与计算机的输入端相连，计算机的触发信号输出端与半导体激光器的输入端相连。本发明专利技术系统具有入户检测、操作便捷、检测的物质种类多样、检测精度高等优点，且其检测盒具有安装便捷和便携的特点，在食品检测领域有着广泛的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及食品检测
，具体涉及一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统。

技术介绍

[0002]食品中可能存在着合法使用的食品添加剂，也有可能存在着某些不法商家在食品中非法添加的非食用物质，这些在食品中非法添加的非食用物质被称为食品非法添加剂。食品问题主要集中在食品非法添加剂的使用、食品添加剂的乱用以及农兽药的滥用等方面。食品中出现上述问题会导致食品出现不安全、不合格的问题，这些问题的存在必然会危害消费者的健康。食品不安全主要会引发食源性疾病，对人体造成急性中毒、慢性中毒、过敏、影响身体发育、影响生育、致癌、致畸、致死等后果。而消费者无法直观地判断所购买的食品是否健康无害，此时对食品中不益于人体健康的成分的检测就显得尤为重要。
[0003]目前对食品成分的检测主要有以下几种方法：通过试纸直接显色或层析显色来定性的试纸法；与试剂反应后观察比色管颜色来定量的比色管比色法；用装有标准溶液的滴瓶滴定样品，根据消耗的滴数来判断被检测物质含量的滴定法；使抗体抗原之间发生特异性结合反应的酶联免疫吸附测定试剂盒法。上述方法虽然各有优劣，但相对而言操作过程复杂，也较难得到精准的食品中添加的相关物质的类型及浓度，所以得到的结果还有待完善。由于相关试剂的制备和仪器的需求，用户无法在家中进行快速且便捷的检测，并且即使在用户家中使用也仍存在一定的安全隐患，可行性较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种具有入户检测、操作便捷、检测的物质种类多样、检测精度高等优点的基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，包括检测盒、总光纤束、第一光纤分束器、第二光纤分束器、第一滤光片、第二滤光片、半导体激光器、拉曼光谱仪和计算机，所述的检测盒设于用户家庭，所述的检测盒包括输入接口、输出接口、二维码和试剂盒，所述的二维码粘贴在所述的检测盒上，所述的二维码用于供用户扫码以启动远程检测系统，所述的试剂盒设于所述的检测盒内，所述的试剂盒内设有一段光纤锥腰，所述的光纤锥腰由多模的石英光纤制成，所述的光纤锥腰的表面经硅烷化处理，经硅烷化处理的所述的光纤锥腰的表面吸附有星形的金纳米颗粒，所述的金纳米颗粒由二氧化硅包裹，所述的光纤锥腰的一端经光纤与所述的输入接口相连，所述的光纤锥腰的另一端经光纤与所述的输出接口相连，所述的总光纤束上经所述的第一光纤分束器分出有第一分叉光纤和第二分叉光纤，所述的总光纤束上经所述的第二光纤分束器分出有第三分叉光纤和第四分叉光纤，所述的半导体激光器的输出端依次经第一滤光片、第三分叉光纤、第一分叉光纤与所述的输入接口相连，所述的输出接口依次经第
二分叉光纤、第四分叉光纤、第二滤光片与所述的拉曼光谱仪的输入端相连，所述的拉曼光谱仪的输出端与所述的计算机的输入端相连，所述的计算机的触发信号输出端与所述的半导体激光器的输入端相连，所述的检测盒用于收集液态食品或用4
‑
巯基苯甲酸溶液浸泡非液态食品后得到的食品浸泡液中所含待测物质的增强拉曼散射光信号，所述的拉曼光谱仪用于接收增强拉曼散射光信号、并将光信号转变为电信号后传输给所述的计算机，所述的计算机用于处理电信号数据，得到增强拉曼散射光谱数据并在预先建立的数据库中进行数据比对，确定所测物质的种类和浓度，最终将检测结果反馈至所述的用户家庭。
[0006]作为优选，所述的半导体激光器的输出端发出的激光的波长为785nm，功率为2.5～10mW，线宽为0.3nm。
[0007]作为优选，所述的第一分叉光纤、第二分叉光纤、第三分叉光纤和第四分叉光纤均为石英光纤，所述的第一光纤分束器和所述的第二光纤分束器的透过率大于或等于95％，分光比为50:50，分光比偏差为
±
8％。
[0008]作为优选，所述的第一滤光片为785nm的带通滤光片，所述的第二滤光片为785nm的高通滤光片。第一滤光片允许波长为785nm的激光信号透过。第二滤光片用以过滤掉785nm及以下的背景光，允许增强拉曼散射光透过，从而减小背景光的影响，提高检测结果的准确性。
[0009]作为优选，所述的拉曼光谱仪采用刻线数为800/mm的光栅作为分光元件，系统的狭缝宽度为20μm，信噪比高于6500:1。
[0010]一种利用上述基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统实施的检测方法，包括以下步骤：
[0011](1)标准溶液的制备
[0012]配制不同浓度的某种待测物质的标准溶液；
[0013](2)标准曲线的建立
[0014](2
‑
1)将步骤(1)配制的一个浓度的标准溶液倒入试剂盒中，直至填满试剂盒；
[0015](2
‑
2)扫描检测盒上的二维码，启动远程检测系统；
[0016](2
‑
3)计算机触发半导体激光器，半导体激光器发出的激光由第一滤光片滤光后，经第三分叉光纤、第一分叉光纤和输入接口射入检测盒，得到包含试剂盒中待测物质的光谱信息的增强拉曼散射光信号，增强拉曼散射光信号经输出接口进入第二分叉光纤、第四分叉光纤后进入第二滤光片，由第二滤光片过滤掉背景光后进入拉曼光谱仪，拉曼光谱仪将光信号转变为电信号后传输给计算机，由计算机处理电信号数据，得到待测物质的增强拉曼散射光谱数据；
[0017](2
‑
4)重复两次步骤(2
‑
1)～步骤(2
‑
3)，汇总三次检测得到的待测物质的增强拉曼散射光谱数据并取平均值；
[0018](2
‑
5)重复步骤(2
‑
1)～步骤(2
‑
4)，得到其他不同浓度的待测物质的增强拉曼散射光谱数据的平均值；
[0019](2
‑
6)根据得到的增强拉曼散射光谱数据的平均值数据中待测物质的特征峰的相对峰值强度和待测物质的浓度数据，利用最小二乘法拟合建立待测物质的相对峰值强度与待测物质的浓度关系直线；
[0020](3)重复步骤(1)～步骤(2)，得到4
‑
巯基苯甲酸和其他不同种类待测物质的相对
峰值强度与待测物质的浓度关系直线，汇总所有的浓度关系直线，建立数据库；
[0021](4)将4
‑
巯基苯甲酸粉末用酒精溶解后，用超纯水配制成浓度为10
‑3mol/L的4
‑
巯基苯甲酸溶液，重复三次步骤(2
‑
1)～步骤(2
‑
3)，汇总三次检测得到的4
‑
巯基苯甲酸的增强拉曼散射光谱数据并取平均值，得到10
‑3mol/L的4
‑
巯基苯甲酸溶液的增强拉曼散射光谱数据，放入步骤(3)中建立的数据库中；
[0022](5)用户家庭将拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，其特征在于，包括检测盒、总光纤束、第一光纤分束器、第二光纤分束器、第一滤光片、第二滤光片、半导体激光器、拉曼光谱仪和计算机，所述的检测盒设于用户家庭，所述的检测盒包括输入接口、输出接口、二维码和试剂盒，所述的二维码粘贴在所述的检测盒上，所述的二维码用于供用户扫码以启动远程检测系统，所述的试剂盒设于所述的检测盒内，所述的试剂盒内设有一段光纤锥腰，所述的光纤锥腰由多模的石英光纤制成，所述的光纤锥腰的表面经硅烷化处理，经硅烷化处理的所述的光纤锥腰的表面吸附有星形的金纳米颗粒，所述的金纳米颗粒由二氧化硅包裹，所述的光纤锥腰的一端经光纤与所述的输入接口相连，所述的光纤锥腰的另一端经光纤与所述的输出接口相连，所述的总光纤束上经所述的第一光纤分束器分出有第一分叉光纤和第二分叉光纤，所述的总光纤束上经所述的第二光纤分束器分出有第三分叉光纤和第四分叉光纤，所述的半导体激光器的输出端依次经第一滤光片、第三分叉光纤、第一分叉光纤与所述的输入接口相连，所述的输出接口依次经第二分叉光纤、第四分叉光纤、第二滤光片与所述的拉曼光谱仪的输入端相连，所述的拉曼光谱仪的输出端与所述的计算机的输入端相连，所述的计算机的触发信号输出端与所述的半导体激光器的输入端相连，所述的检测盒用于收集液态食品或用4
‑
巯基苯甲酸溶液浸泡非液态食品后得到的食品浸泡液中所含待测物质的增强拉曼散射光信号，所述的拉曼光谱仪用于接收增强拉曼散射光信号、并将光信号转变为电信号后传输给所述的计算机，所述的计算机用于处理电信号数据，得到增强拉曼散射光谱数据并在预先建立的数据库中进行数据比对，确定所测物质的种类和浓度，最终将检测结果反馈至所述的用户家庭。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，其特征在于，所述的半导体激光器的输出端发出的激光的波长为785nm，功率为2.5～10mW，线宽为0.3nm。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，其特征在于，所述的第一分叉光纤、第二分叉光纤、第三分叉光纤和第四分叉光纤均为石英光纤，所述的第一光纤分束器和所述的第二光纤分束器的透过率大于或等于95％，分光比为50:50，分光比偏差为
±
8％。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，其特征在于，所述的第一滤光片为785nm的带通滤光片，所述的第二滤光片为785nm的高通滤光片。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统，其特征在于，所述的拉曼光谱仪采用刻线数为800/mm的光栅作为分光元件，系统的狭缝宽度为20μm，信噪比高于6500:1。6.一种利用权利要求1
‑
5中任一项所述的基于光纤表面增强拉曼散射的远程检测系统实施的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)标准溶液的制备配制不同浓度的某种待测物质的标准溶液；(2)标准曲线的建立(2
‑
1)将步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培晴，戴心怡，葛恺鑫，陶攀，刘婷，李耀威，张巍，王训四，戴世勋，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：