[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

说明书

本发明公开了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，属于气溶胶检测技术领域。其包括激光光源、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。本发明提供的基于四级杆捕获气溶胶液滴及实现液滴拉曼光谱检测的装置，可以对气溶胶液滴进行稳定的电平衡捕获和表面增强拉曼光谱检测，过程快速，最终实现对气溶胶液滴中样品的痕量检测。

技术领域

本发明涉及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，属于气溶胶检测技术领域。

背景技术

气溶胶是由液体或固体微粒分散并悬浮于气体介质中形成的胶体分散体系，其中微粒的特征粒径尺寸一般为1nm至100μm。现实生活中的车辆尾气，雾霾等均属于气溶胶，当其中的煤烟、传染性细菌等微粒的浓度超过某一阈值时，该气溶胶将会对人体健康、气候变化、空气质量有着不可忽视的影响，因此对气溶胶中微粒的检测已成为目前环境检测的重要一部分。

在对气溶胶的检测中，浓度和粒径是两个重要的检测指标。目前针对这两个指标的检测方法主要分为基于电学的检测和基于光学的检测。对气溶胶微粒的光学检测可以得到微粒的众多物质特性，并且该检测技术具有快速、无损、高灵敏度等优点，已是目前主要研究趋势之一。虽然微粒的拉曼散射与其弹性散射或荧光相比，包含了更加丰富的物质信息，但由于空气中漂浮微粒的拉曼散射信号太弱，使得目前对悬浮于空气中的微粒样品的检测主要采用荧光光谱技术。但是当激发光源位于可见光波段时，许多微粒将会在被检测波段中出现一个或多个荧光包，这将使得气溶胶中微粒样品的荧光光谱缺少相应的关键性光谱特征，进而阻碍对其正确鉴别。

表面增强拉曼散射是一种对拉曼散射信号进行增强的技术，主要表现为吸附在粗糙金属表面上的被检测物质的拉曼信号大大增强。这一现象自上世纪70年代被发现后广泛应用于诸多领域，但是将表面增强拉曼散射技术与气溶胶的检测相结合的研究还较少。

可见，如何对气溶胶中的微粒进行有效的表面增强拉曼检测并对其实现正确鉴别是一个有待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出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，其能够对气溶胶中的液滴进行稳定的电平衡捕获以及有效的表面增强拉曼光谱检测，实现对液滴的鉴别。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测装置，其包括激光光源、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。

可选的，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。

此外，本发明还提供一种气溶胶液滴捕获及表面增强拉曼光谱检测方法，其使用如上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。

可选的，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。