【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学检测，具体涉及一种双色消逝场散射成像装置、水样中铅离子浓度的检测方法。
技术介绍
1、铅元素对于神经系统的发育有很大毒性，会导致认知障碍和行为异常，而且，铅在自然界及人类活动中分布广泛且持久难以消除，例如金属矿物灰尘，工业活动，矿物开采，油料燃烧及印刷工业等领域都会产生大量的含铅污染物。
2、柠檬酸包被的银胶体作为典型等离子体纳米颗粒，具有诸多优秀光学特性，局域表面等离子体共振效应赋予纳米银颗粒独特的光学特性，即当其与光子接触时，其表面的自由电子与内部电子形成集体震荡，在特定波长下产生等离子体共振，并表现出最大消光效应。根据米氏理论，消光效应在纳米银颗粒上主要由散射而非吸收引起。当纳米银颗粒经历聚集或解聚集，或者形貌改变等变化时，都会伴随共振峰位置的敏感变化。因此，有报道显示利用表面修饰的银胶体能够对铅离子进行特异性识别并引起纳米胶体银的聚集，从而导致共振峰变化，通过表征共振峰变化的程度，来测定铅离子的浓度。
3、但是目前检测局域表面等离子体共振峰差异性的手段主要为利用紫外可见分光光度计测消光光谱法，但是这种方法主要有两个问题：一是当共振峰变化主峰移出光谱范围时，很难进行定量检测；二是此方法检测整体溶液的消光光谱变化，不能体现颗粒层级的细微变化，从而导致信噪比不足以进行定量检测。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种双色消逝场散射成像装置、水样中铅离子浓度的检测方法，本专利技术提供的检测方法能够对待测水样中铅离子的浓度进行准确的
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双色消逝场散射成像装置，包括488nm激光光源1，647nm激光光源2，与所述488nm激光光源出口连接的反光镜3，与所述647nm激光光源出口连接的二向色镜4；
3、还包括依次设置的中性密度滤光片5、光纤6、电动角度调节器7、准直透镜8、光阑9和对焦透镜10；所述中性密度滤光片5位于沿激光发射方向的光纤6进口；所述电动角度调节器7与光纤6沿激光发射方向的出口连接；
4、所述对焦透镜10沿激光发射方向的透射面设置百分比透射/反射分光片11，所述百分比透射/反射分光片11与水平面的夹角为45°，所述百分比透射/反射分光片11沿激光发射方向的水平透射面设置吸光材料15；
5、所述百分比透射/反射分光片11垂直方向的上方设置有全内反射物镜16，下方设置有成像筒镜13，所述百分比透射/反射分光片11和成像筒镜13之间设置有半圆遮挡光阑12，所述成像筒镜13垂直方向的下方设置有成像设备14。
6、优选的，所述吸光材料为黑色吸光纸。
7、优选的，所述成像设备包括相机，所述相机为scmos相机。
8、本专利技术还提供了利用上述技术方案所述双色消逝场散射成像装置检测水样中铅离子浓度的方法，包括以下步骤：
9、将柠檬酸包被的银胶体分散液和待测水样混合进行孵育；
10、将盖玻片置于所述全内反射物镜16上方后滴加孵育后混合液；
11、分别打开488nm激光光源1和647nm激光光源2进行双色消逝场散射成像，分别得到488nm激光通道的图像和647nm激光通道的图像；
12、利用软件对所述488nm激光通道的图像和647nm激光通道的图像进行分析，分别得到488nm激光通道颗粒数量和647nm激光通道颗粒数量；
13、将647nm激光通道颗粒数量和488nm激光通道颗粒数量的比值代入标准曲线，计算得到铅离子浓度；所述标准曲线的横坐标为铅离子浓度，纵坐标为647nm激光通道颗粒数量和488nm激光通道颗粒数量的比值。
14、优选的，所述柠檬酸包被的银胶体分散液的固含量为0.008~0.012mg/ml。
15、优选的，所述孵育的时间为25~35min。
16、优选的，对所述488nm激光通道的图像和647nm激光通道的图像进行分析的软件包括imagej软件或fiji软件。
17、优选的，所述软件的阈值模式为moments。
18、优选的，进行双色消逝场散射成像时选取4~6个视野分别进行双色消逝场散射成像；
19、所述647nm激光通道颗粒数量和488nm激光通道颗粒数量的比值为多个视野得到的颗粒数量比值的平均值。
20、优选的，得到标准曲线用标准溶液为氯化铅溶液，所述标准溶液中铅离子的浓度为0.5μmol/l、1μmol/l、1.5μmol/l、2μmol/l、2.5μmol/l和3μmol/l。
21、本专利技术将不同波长激光耦合，通过光纤6照射到准直透镜8准直后，通过聚焦到物镜后焦面的光阑9，透过聚焦透镜10照射到百分比例透射/反射分光片11，一部分光源被反射进入全内反射物镜16，在物镜镜头处形成平行光束。通过调节入射光角度调节器7，在成像样品接触玻璃面（盖玻片）生成消逝场。分别用两种不同激光形成的消逝场对样品溶液进行散射成像，对各自通道成像图片进行颗粒计数，计算647nm通道和488nm通道颗粒数的比例，评估铅离子含量。本专利技术以柠檬酸包被的银胶体为探针利用双色消逝场散射成像装置对待测水样进行双色消逝场散射成像，通过分析分别得到647nm激光通道颗粒数量和488nm激光通道颗粒数量，以647nm激光通道颗粒数量和488nm激光通道颗粒数量的比值为参数计算待测水样中铅离子浓度。本专利技术提供的检测方法具有如下有益效果：
22、1.信噪比高：本专利技术利用消逝场极薄的照明厚度，只照亮盖玻片上小于200nm范围内的样品，完全抑制了非成像平面的背景，同时收集信号方向为照明方向的反向，亦极大压缩了有用信号的光程，令散射光信号不再经历样品溶液的进一步散射而直接进入检测光路，从而提升信噪比。
23、2.单颗粒级别成像：本专利技术采用等离子体纳米颗粒（柠檬酸包被的银胶体）散射成像，由于纳米颗粒远小于激发波长，故可以视为点光源，在光学系统中以点扩散函数形式被成像，可以直观地获得同一视野中具有不同局域表面等离子体共振峰的颗粒分布信息及相应的谱峰信息，利于直接计算不同谱峰颗粒所占比例。
24、3.检测速度快：不需复杂的样品处理过程，只需被检测水样与柠檬酸包被的银胶体溶液共同孵育，然后进行毫秒级时间分辨率的双色消逝场散射成像，计算过程便捷。
25、4.降低抽样误差：本专利技术中用来指示铅离子浓度的参数为双通道颗粒总数的比值，反映的是被检测物（铅离子）与探针（柠檬酸包被的银胶体）反应后，因探针的局域表面等离子体共振效应所产生的光谱维度上的直接转化，该参数为本专利技术中检测反应的本质体现，并不会因成像实验视野内目标物多或少而受影响，避免因抽样误差造成无法定量这样的不理想结果。
26、5.离子选择性高：实验结果表明，本专利技术提供的检测方法只对铅离子有高度灵敏的响应，对其他常见离子均不敏感，具有高选择性，从而提高检测准确性。
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1.一种双色消逝场散射成像装置，其特征在于，包括488nm激光光源（1）、647nm激光光源（2），与所述488nm激光光源出口连接的反光镜（3），与所述647nm激光光源出口连接的二向色镜（4）；
2.根据权利要求1所述双色消逝场散射成像装置，其特征在于，所述吸光材料为黑色吸光纸。
3.根据权利要求1所述双色消逝场散射成像装置，其特征在于，所述成像设备包括相机，所述相机为sCMOS相机。
4.利用权利要求1~3任一项所述双色消逝场散射成像装置检测水样中铅离子浓度的方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，所述柠檬酸包被的银胶体分散液的固含量为0.008~0.012mg/mL。
6.根据权利要求4或5所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，所述孵育的时间为25~35min。
7.根据权利要求4所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，对所述488nm激光通道的图像和647nm激光通道的图像进行分析的软件包括ImageJ软件或Fiji软件。
8.根据权
9.根据权利要求4所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，进行双色消逝场散射成像时选取4~6个视野分别进行双色消逝场散射成像；
10.根据权利要求4所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，得到标准曲线用标准溶液为氯化铅溶液，所述标准溶液中铅离子的浓度为0.5μmol/L、1μmol/L、1.5μmol/L、2μmol/L、2.5μmol/L和3μmol/L。
...【技术特征摘要】
1.一种双色消逝场散射成像装置，其特征在于，包括488nm激光光源（1）、647nm激光光源（2），与所述488nm激光光源出口连接的反光镜（3），与所述647nm激光光源出口连接的二向色镜（4）；
2.根据权利要求1所述双色消逝场散射成像装置，其特征在于，所述吸光材料为黑色吸光纸。
3.根据权利要求1所述双色消逝场散射成像装置，其特征在于，所述成像设备包括相机，所述相机为scmos相机。
4.利用权利要求1~3任一项所述双色消逝场散射成像装置检测水样中铅离子浓度的方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述检测水样中铅离子浓度的方法，其特征在于，所述柠檬酸包被的银胶体分散液的固含量为0.008~0.012mg/ml。
6.根据权利要求4或5所述检测水样中铅离子浓度的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：饶子渔，康跃惠，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：
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