[发明专利]一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置及检测方法

权利要求书

1.一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置，其特征在于：该装置包括进样模块、电源模块、光学采集模块、检测分析模块、结果显示输出模块、定位及无线通信模块；

所述电源模块为整个检测装置提供电能，并进行电源管理；所述进样模块将待测水样输送至微流控芯片中，同时调整微流控芯片的位姿实现待测水样与显微拉曼模块间的精确定位与调焦；所述光学采集模块收集待测水样的拉曼散射信号并经过光电转换后送入检测分析模块，测试水样中污染物的成分及含量；检测结果在结果显示输出模块输出显示，并通过定位及无线通信模块将待测水样点的位置及水质污染情况传输至上级监控中心，实现远程实时监控；

所述进样模块通过微泵抽取水样，并通过微泵前的过滤网以及微泵后的精滤器进行多次过滤，再通过多通控制阀选通流路，由注射泵将待测水样注射至预定流路的微流控芯片中，通过调整旋转样品台和位移调节台的位姿实现微流控芯片中的水样与显微拉曼模块间的精确定位与调焦；

所述微泵为可调流速泵，流速调节范围为0.5-20ml/min，可根据实际测试需求设置流速；所述的过滤网采用金属网滤芯或金属粉末烧结滤芯，并在精滤器上设置有一层反渗透膜；所述的多通控制阀为4-16位，所述的注射泵为蠕动泵或恒流注射泵，其流速为0.05-5ml/min，可根据实际测试需求设置流速；所述的微流控芯片为流道内通过构筑纳米结构阵列形成具有表面增强拉曼基底的芯片，微流控芯片的流道宽度为10-200μm，深度为10-200μm；所述的位移调节台和旋转样品台均采用直流电机或步进电机驱动，实现XYZ方向的平移和绕Z轴方向的旋转运动，所述的旋转样品台固定在位移调节台上可随之平移，旋转样品台上设置有周向均布的4-16个芯片槽，微流控芯片放置于芯片槽中。

2.根据权利要求1所述的一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置，其特征在于：所述电源模块包括系统电源，太阳能电池以及电源管理器；检测装置通过系统电源供电，太阳能电池作为备用电源，当断电或系统电源故障时，电源管理器将电源切换到太阳能电池供电模式，以维持检测分析过程正常进行。

3.根据权利要求1所述的一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置，其特征在于：所述光学采集模块通过显微拉曼模块收集待测水样的拉曼散射信号，由显微拉曼模块进行光电转换后送入检测分析模块进行分析处理，同时通过显微拉曼模块中的显微镜摄像头采集水样的微区图像并对感兴趣的区域进行详细分析；所述显微拉曼模块采用的入射激光波长为532nm，633nm，785nm，1064nm，根据需求进行选择。

4.根据权利要求1所述的一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置，其特征在于：所述检测分析模块包含有主控芯片处理器，智能分析软件及相关外围电路，所述主控芯片为单片机、DSP处理器或FPGA处理器，智能分析软件中嵌入有水体污染物的标准拉曼图库，定性分析单元和定量分析单元；在该模块中完成水样中污染物成分及含量的分析计算，并将检测水样点的位置信息，水质检测报告通过通信接口发送至结果显示输出模块；所述结果显示输出模块为LED显示屏、LCD显示器、PC机。

5.根据权利要求1所述的一种用于水体污染物检测的流动注射显微拉曼光谱装置，其特征在于：所述进样模块、电源模块、光学采集模块、检测分析模块、结果显示输出模块、定位及无线通信模块均放置在一个机箱中，实现装置的集成化和小型化。

6.一种采用权利要求1至5中任一项所述装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)开启微泵抽取待测水样至多通控制阀进水孔中，然后开启多通控制阀选通微流控芯片，再由注射泵将水样注入所选定的微流控芯片中；

2)调整旋转样品台和位移调节台的坐标，使微流控芯片中的待测水样与显微拉曼模块精确定位和调焦；

3)开启激光器，显微拉曼模块将入射激光聚焦到微流控芯片上，并收集待测水样产生的拉曼光谱散射信号，并将该信号送入检测分析模块中进行分析处理；检测完毕后转动旋转样品台，切换到下一个待测样品位置；

4)检测分析模块通过拉曼谱图比对以及定性定量分析计算，测试出水样中污染物的成分和含量，并将结果输出至结果显示输出模块；同时，通过定位及无线通信模块将待测水样点的地理位置信息及检测结果发送至上级监控中心，实现远程实时监控。