[发明专利]基于液芯波导联合光谱的航天员尿液检测方法

摘要

本发明公开了一种基于液芯波导联合光谱的航天员尿液检测方法，它是在一种基于液芯波导联合光谱的航天员尿液检测系统上实现的。该检测方法包括测试液体持续进样、联合光谱测试初始化、动态液芯波导LIBS测试、动态液芯波导拉曼测试、废液实时收集、测试结束及数据后处理、残留废液后处理等五个步骤。本发明的有益效果是，采用基于运动液芯波导联合光谱的检测方法，可同时实现对微弱拉曼信号的增强以及多点多次微区LIBS测量信号的累加，较大量样本的统计测量，使得对航天员尿液的成分检测更可靠；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。

主权项

1.一种基于液芯波导联合光谱的航天员尿液检测方法，它是在一种基于液芯波导联合光谱的航天员尿液检测系统上实现的，该系统包括主控制器(25)、收集子系统(30)、LIBS子系统(31)、拉曼光谱子系统(43)和进样子系统(32)组成；其特征在于所述方法包括以下步骤：1)测试液体持续进样将测试液体样，即航天员尿液，通过进液口导入进液器，导入完成后盖好密封盖；主控制器发出指令启动直流电源、然后给步机电机发送控制指令，带动电动活塞在进液器中缓慢向右平移，将测试液体样通过联接软管及入流管缓慢推入液芯波导管；该进样过程持续进行，贯穿整个测试过程，直至测试结束；2)联合光谱测试初始化当测试液体样沿液芯轴线充满整个液芯波导管时，主控制器设置LIBS光谱仪工作参数；然后启动延时控制器，延时控制器按预先设定的延时值，先启动LIBS激光器，再启动LIBS光谱仪；然后，主控制器发出指令启动拉曼激光器及拉曼光谱仪，设置拉曼光谱仪工作参数；3)动态液芯波导LIBS测试LIBS激光器由右向左发射一定波长λ的窄脉冲激光，经扩束镜扩束，接着穿过二向色镜，经显微物镜并通过窗口玻片后，聚焦至聚焦测试点处的测试液体样，聚焦测试点处激发的LIBS信号沿光学主轴向右传输，依次穿过窗口玻片与显微物镜后，经二向色镜反射后，沿接收光轴传输，经光纤耦合镜聚焦进入接收光纤，传入LIBS光谱仪，LIBS光谱仪将LIBS光谱数据实时传送给主控制器，随着进样的不断进行，主控制器不断将动态液芯波LIBS光谱数据采集存储；4)动态液芯波导拉曼测试在进行动态液芯波导LIBS测试的同时，拉曼激光器由右向左发射一定波长λ1的连续激光束，经拉曼扩束镜扩束再经干涉滤光片后获得窄频拉曼激光束，接着穿过拉曼二向色镜，经拉曼显微物镜并通过窗口玻片后，聚焦至液芯波导管中测试液体样，即航天员尿液，聚焦点处激发的拉曼前向散射信号沿液芯轴线向左传输，并不断与测试液体样中的分子碰撞，从而得到积累和加强，当传输到全反镜后，经反射沿液芯轴线向右传输，再次不断与测试液体样中的分子碰撞，拉曼散射信号得到进一步加强，依次穿过窗口玻片与拉曼显微物镜后，经拉曼二向色镜反射后，沿拉曼接收光轴传输，经瑞利滤光片滤去波长为λ1的泵浦光后的拉曼散射光经拉曼光纤耦合镜聚焦进入拉曼接收光纤，传入拉曼光谱仪，拉曼光谱仪将拉曼光谱数据实时传送给主控制器，随着进样的不断进行，主控制器不断将动态液芯波导拉曼光谱数据采集存储；5)废液实时收集在测试的过程中，进样在不断进行；液芯波导管中的测试液体样通过出流管，沿喷射轴线喷射至电阴极，从而带上负电荷，在电场的作用下，被吸引至电阳极，进入废液箱；6)测试结束及数据后处理当电动活塞在进液器中平移到右边底部时，整个进液器中已无测试液体样，此时测试结束；主控制器发出指令关闭延时控制器、LIBS激光器与LIBS光谱仪；然后主控制器发出指令关闭拉曼激光器、拉曼光谱仪；主控制器将获得的多组动态液芯波导LIBS光谱数据进行统计累加处理，得到反映航天员健康情况的尿液中的铜、钠等微量金属的LIBS信号检出；主控制器将获得的多组动态液芯波导拉曼光谱数据进行统计累加及平均处理，得到反映航天员健康情况的，与其尿液中的肌酐、蛋白、尿素的含量相关的拉曼光谱信号，并将这个信号数据与健康指标相对照；将LIBS光谱分析结果与拉曼光谱分析结果融合，从而实现对航天员部分生理指标的实时诊断；7)残留废液后处理主控制器给步机电机发送控制指令，带动电动活塞在进液器中缓慢向左平移，直至到进液器最左边位置；打开密封盖，通过进液口导入干净水进进液器，导入完成后盖好密封盖；主控制器给步机电机发送控制指令，带动电动活塞在进液器中缓慢向右平移，将干净水通过联接软管及入流管缓慢推入液芯波导管，同时将液芯波导管中残留废液压入收集子系统被收集，直至电动活塞在进液器中平移到右边底部结束，此时液芯波导管只有干净水存在，主控制器发出指令，断开直流电源。