[发明专利]空间站微重力环境下的航天员尿液中过渡金属检测系统

说明书

本发明公开了一种空间站微重力环境下的航天员尿液中过渡金属检测系统，该系统主要由主控制器、收集子系统、LIBS子系统和进样子系统组成；本发明的有益效果是，采用多点多次微区LIBS测量信号累加，解决尿液中过渡金属的检出问题，在废液收集中采用直流电场方法，满足微重力环境下的要求；在测试最后，采用净水进行液芯的清洁，满足环保卫生的要求。

技术领域

本发明涉及一种微区检测系统，尤其涉及一种基于液芯波导激光诱导击穿光谱的微区检测系统，适用于空间站微重力环境下对航天员尿液中的过渡金属日常监测，属于光电检测领域。

背景技术

载人航天是指人类驾驶航天器在太空从事各种科学、试验、研究等往返地球的飞行活动。航天员工作的区域主要有载人飞船、空间站、外星球营地等。其中空间站是最常见也是较长期的工作场所。在空间站中，航天员处在长期微重力的环境，其身体的情况需要随时进行监测，以便发现其潜在的健康影响及问题。

航天器中航天员的健康监测可以选取很多测试样品。其中，对航天员尿液的监测至关重要也较易获取。研究表明，一些疾病与人的体液中某些过渡金属的浓度有关。比如，如果尿液中铜的含量比较低，则可能患有Wilson病。通过尿液中的铜含量的分析，还可以判断Hodgkin病、白血病及其他许多恶性疾病；尿钠测定可用于确定盐摄入量是否足够，是否有大量盐的损失，还可协助监护低盐饮食及术后电解质的监督，协助判断呕吐、严重腹泻、热衰歇患者的电解质平衡。肾脏是钠盐主要排泄器官，通过测定尿钠可了解肾脏的功能以及病变情况。尿钠增高可能是肾上腺皮质功能不全、肾衰、肾病综合征等；尿钠降低可能上肾上腺皮质功能亢进、慢性肾衰晚期尿量减少或尿闭等。

因此，对尿液中过渡金属的检测可以对日常健康进行监控，还可用于判定某些疾病。目前，尿液中过渡金属的检测常采用原子吸收光谱(AAS)及离子色谱法，AAS方法对铜的检测灵敏度低，体液易堵塞燃烧系统；离子色谱法需复杂的离子色谱交换柱结构，还需加入辅助试剂，装置结构及测试操作复杂，难以满法满足航天员自己操作检测的需要及航天环境的需求。为此，需要找到适合航天员快速高效便捷的检测方法并设计相对应的检测设备，以满足航天员健康实时诊断的需求。

激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS)方法是检测原子尤其是金属原子的一种便捷可行方法，但因为尿液中的金属元素含量较低，单点单次微区LIBS信号很弱，因此需综合多点多次微区LIBS测量信号累加，解决尿液中过渡金属的检出问题，此外，还需要考虑微重力、进样、残液回收、紧凑、耐用等方面的航天方面的需求。

发明内容

针对以上的需求，本发明的目的在于提供一种基于液芯波导LIBS光谱的航天员尿液中过渡金属的检测系统，可满足微重力、紧凑、耐用等方面的航天环境要求下，尿液中的铜、钠等微量金属的LIBS信号检出，从而实现对航天员反映健康情况的部分生理指标的实时诊断。

本发明是这样来实现的：

本发明提出的基于液芯波导LIBS光谱的航天员尿液中过渡金属的检测系统主要由主控制器、收集子系统、LIBS子系统和进样子系统组成；

其中，LIBS子系统负责LIBS激光发射及LIBS信号接收，它由显微物镜、二向色镜、扩束镜、LIBS激光器、光纤耦合镜、接收光纤、LIBS光谱仪、延时控制器组成；延时控制器有控制端口A及控制端口B，分别与LIBS光谱仪的光谱仪外触发端口及LIBS激光器的激光器外触发端口相连；延时控制器通过控制端口A及控制端口B发出具有一定延时的脉冲信号，用以调节LIBS激光器的出光及LIBS光谱仪的信号采集之间的延时；进样子系统用于将测试液体样(注：航天员尿液)送至LIBS子系统中进行分析；