[发明专利]一种光纤SERS前向检测装置

说明书

本发明公开了一种光纤SERS前向检测装置，在锥形光纤激发端锥区和收集端光纤的端面上固化贵金属纳米颗粒，形成SERS光纤。激发端光纤激发收集端光纤端面上的待测分子，由于贵金属纳米颗粒的等离子体共振效应，使得拉曼信号增强，最终拉曼增强信号由平端光纤接收。该结构隔离了激发光端和收集光端，隔离了激发端光纤的本身拉曼背底，大大降低了传统单光纤远程检测中激发光所引起的光纤本身高背底拉曼信号，进一步提高远距离检测的灵敏度，可应用在体外血液中药物浓度的检测。该装置结构简单，操作容易，同时还具备了提供微区远程检测的新手段。

技术领域

本发明属于光纤拉曼传感技术领域，具体涉及一种新型的光纤SERS前向检测装置。

背景技术

表面增强拉曼散射（SERS）是一种强大的指纹光谱技术，自1974年发现以来，SERS已引起相关学者关注。SERS由于快速便捷、无损和超灵敏等优势，现已广泛应用在等离子体物理学、化学、生物光子学、生物医学等领域。光纤传感器是一种新型的传感器，具有体积小、重量轻，远距离传输和抗电磁干扰等优点而被广泛研究。

SERS技术与光纤传感技术结合可用于待测分子的远程检测和原位分析，已被用于体外药物的检测。但由于光纤本身背景拉曼信号较高，这就给从背景中分辨样品的微弱信号带来了很大的问题。随着光纤长度的增加，背景拉曼信号逐渐增加，很难适用于药物的高灵敏检测和远距离传感。目前降低光纤本身背底信号的方法是利用特种光纤。例如，掺杂稀土元素光纤、单晶蓝宝石光纤。这些光纤的背底拉曼散射比石英光纤要低得多，但是损耗大，不利于远距离传感。

发明内容

针对已有的光纤拉曼传感技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种新型的光纤SERS前向检测装置。该装置能够降低光纤本身背底，有效地提高待测分析物的信噪比，且具备远距离拉曼信号传感特点。

本发明通过以下技术方案得以实现。

一种光纤SERS前向检测装置，包括激光器，其特征在于：激光器出光口连接激发光纤，激发光纤的激发端呈锥形，激发光纤的激发端正对收集光纤的收集端，收集光纤接入数据处理与拉曼成像光谱仪器；激发端和收集端固化贵金属纳米颗粒。

激发端和收集端安装在连接装置中，通过连接装置中的调节机构对激发端和收集端进行间距调节与轴向对齐调节。通过连接装置中的调节机构分离激发光光路和收集光光路，收集前向拉曼散射信号，减少光纤本身的拉曼散射背底，提高信噪比。

连接装置为光纤熔接机，通过熔接机的手动熔接程序，实现激发光纤锥形端和收集光纤收集端之间的间距和方向控制，轴向间距由光纤熔接机进行控制，轴心在X、Y轴上均对齐。

采用微纳米级精密间距调整装置隔离激发端和收集端，可以降低激发端拉曼光纤背底。激发端的锥形光纤是通过熔融拉锥法或化学腐蚀法制备，通过控制拉制仪的拉制力度、温度、扫描步长等参数获得锥尖为纳米级别的锥形光纤。

接收光纤是多模光纤，端部垂直于轴线切割出平面作为接收端。在接收端端面纤芯处刻相对应波长的短周期光栅，通过光栅进一步隔离背底。

激发端锥形光纤的锥区和接收端端部的平面采用化学自组装法固定贵金属纳米颗粒，所述的贵金属纳米颗粒是直径为55 nm金纳米颗粒，通过柠檬酸钠还原法制备金溶胶，通过控制加热时间和功率控制颗粒大小。

接收端端部切割出平面后用酒精等试剂清洗，然后固定贵金属纳米颗粒，在检测前垂直浸润在待测溶液中。

数据处理与拉曼成像光谱仪器具有收集数据和处理数据功能，具有出入光口，为物镜或光纤端口。

激光器可以是固体激光器、半导体激光器或氦氖激光器，激光波长为紫外可见光到近红外。