[发明专利]一种气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测装置和方法

权利要求书

1.一种气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：包括激光光源、反射镜、凸透镜Ⅰ、气溶胶液滴产生装置、气溶胶液滴的电动四级杆捕获装置、信号采集透镜、短通二向色分束器、检测弹性散射光的光电二极管和拉曼光谱仪；其中，激光光源包括两种不同波长的激光器，激光器Ⅰ的波长为470～540nm，功率为20～400mW，激光器Ⅱ的波长为600～700nm，功率为100～500mW；气溶胶液滴产生装置包括导电容器和玻璃毛细管；气溶胶液滴的电动四级杆捕获装置包括圆柱形塑料容器、四根导电金属杆、温度和湿度传感器、CCD相机、塑料空气流入口管和金属空气流出口管；拉曼光谱仪包括短通滤光片、长通截止滤光片、凸透镜Ⅱ、光谱仪和CCD传感器。

2.根据权利要求1所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测装置，其特征在于：所述激光器Ⅰ用于监测捕获液滴的位置和大小并产生表面增强拉曼散射信号，所述激光器Ⅱ用于检测捕获液滴是否位于信号采集透镜的焦点处。

3.一种气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：使用如权利要求1或2所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测装置进行检测，方式为：将气溶胶样品A的水溶液与金属纳米颗粒、氯化钠溶液充分混合后倒入导电容器中，则含有样品A的液滴可以从玻璃毛细管滴出，且液滴中的样品A与金属纳米颗粒充分接触，从而实现样品A的表面增强拉曼光谱检测。

4.根据权利要求3所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：通过将制备好的气溶胶溶液倒入导电容器中，外加高直流电压于容器两端，实现从玻璃毛细管滴出的液滴迅速分裂为微米级且带有与外加电压相同极性电荷的液滴，通过改变外加电压的大小和玻璃毛细管的直径实现对产生液滴的大小的控制。

5.根据权利要求3所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：将交流电施加于四根相互平行且垂直的导电金属棒，并使相邻金属棒电压极性相反，该四级杆产生的时变电场将带电液滴稳定地限制在一个平行于金属棒的纵向方向上，通过施加与带电液滴同极性的电压于金属空气流出口管上，其对带电液滴会产生相斥的静电力，该静电力的大小可以简化为如下模型：

其中Q为液滴所带电荷，V为外加于金属空气流出口管的电压大小，R为出口管的半径，Z为带电液滴离圆柱形空气流出口管体心的距离；

通过调节外加于金属空气流出口管上电压的大小来实现对捕获液滴纵向位置的调节，最终使该静电力平衡液滴自身的重力和将液滴带入捕获腔的气流对液滴的作用力，并将液滴稳定控制在信号采集透镜焦点的位置上。

6.根据权利要求3所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：激光器Ⅰ照射于捕获液滴后产生的弹性散射被CCD相机采集，从而实现对液滴位置和大小的监测。

7.根据权利要求3所述的气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：信号采集透镜的焦点位于腔内液滴可移动的垂直方向上的一点，激光器Ⅱ产生的激光在捕获腔室中的方向与该垂直方向正交于焦点处，当捕获液滴位于焦点处时，由激光器Ⅱ产生液滴的弹性散射光通过信号采集透镜后，被二向色镜反射于检测波长对应激光器Ⅱ波长的光电二极管中，二极管发光以证明捕获液滴位于正确的光谱采集处。