基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法及装置
专利汇可以提供基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法，包括：采用 激光束 照射光声池内的待测液体，激发产生出光声 信号 ；获取所述光声信号，处理后得到所述光声信号的强度值；当待测液体的浓度改变时，对激光的吸收比例也随之改变，最终影响光声信号的强度值，利用光声信号的强度值高低实现液体浓度的高 精度 测量；所述待测液体中添加有表面修饰层的纳米金颗粒，表面修饰层是能与待测液体的待测物质特异性结合的分子。本发明还提供一种可以实现所述检测方法的液体浓度检测装置。本发明利用纳米金颗粒的超强吸收特性，极大地提高了光声信号的强度，解决了传统光声检测在液体环境中检测灵敏度低的不足，使检测精度可达痕量检测级别。，下面是基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法，其特征在于，包括：
采用激光束照射光声池内的待测液体，激发产生出光声信号；
获取所述光声信号，处理后得到所述光声信号的强度值；
当所述待测液体的浓度改变时，所述待测液体对激光的吸收比例也随之改变，最终影响所述光声信号的强度值，利用所述光声信号的强度值高低实现液体浓度的高精度测量；
其中：所述待测液体中添加含有纳米金颗粒的溶胶，所述纳米金颗粒的表面被修饰了一层能与液体中的某种待测物质特异性结合的分子；
当所述含有纳米金颗粒的溶胶加入所述待测液体之后，所述待测物质与表面修饰层分子相结合，将多个分散的纳米金颗粒聚集在一起，或者相反地将聚集在一起的纳米金颗粒散开，使整个液体的光吸收率产生大幅度的变化，进而光声信号的强度也相应产生大幅度的变化，最终通过处理得到所述待测物质的浓度，实现该待测物质痕量级浓度的特异性检测。
2.根据权利要求1所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法，其特征在于，所述纳米金颗粒的表面等离子体共振吸收峰与所激光束的波长接近，以保证检测的高灵敏度。
3.根据权利要求2所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法，其特征在于，所述纳米金颗粒的表面等离子体共振吸收峰与所激光束的波长，频率偏差不超过15nm。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述方法的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，包括：
激光器，用于发出激光束；
分光棱镜，用于将所述激光器发出的激光束分别两路，其中一路激光束透过所述分光棱镜后投向光声池，另一路激光束经过所述分光棱镜后反射投向一侧的光电池；
光声池，用于盛放待测液体，投向所述光声池的激光束照射所述光声池内的待测液体，并在所述待测液体内激发产生出光声信号；所述待测液体中添加含有纳米金颗粒的溶胶，所述纳米金颗粒的表面被修饰了一层能与液体中的某种待测物质特异性结合的分子；
声传感器，位于所述光声池的底部，用于获取所述待测液体内激发产生出的光声信号，并转换成为电信号，然后输出给放大器；
放大器，用于对所述声传感器的电信号进行放大，放大后的信号输出给数据采集部件；
光电池，用于实时检测经过分光棱镜后反射过来的一路激光束的强度，将投射过来的光强信号转换为电信号，并同步送入数据采集部件；
数据采集部件，采集所述放大器的电信号、所述光电池的电信号，并送入处理器进行处理，基于所述放大器的信号处理得到光声信号的强度值，基于所述光电池的信号实现对激光强度的实时监测/补偿。
5.根据权利要求4所述的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，所述分光棱镜为直角光学分光棱镜，置于激光器的正前端。
6.根据权利要求4所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，所述光声池底部为无底镂空，与所述声传感器的工作面粘合在一起，使其中待测液体与所述声传感器直接接触。
7.根据权利要求6所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，所述光声池内部的样品池为狭缝式内腔，所述内腔在上下方向贯通并使得被测液体与所述声传感器直接相接，在激光束照射的前后方向上所述内腔尺寸较小，在激光束照射的左右横向上所述内腔尺寸较大。
8.根据权利要求4所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，所述声传感器的工作表面涂有一层耦合层，所述耦合层材料的厚度及声阻抗值满足声阻抗匹配条件，即满足耦合层声阻抗等于被测液体中溶剂与压电陶瓷声阻抗的几何平均值，且所述耦合层厚度等于声波长的1/4。
9.根据权利要求8所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，所述声传感器为谐振式压电陶瓷传感器。
10.根据权利要求4-8任一项所述的基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测装置，其特征在于，具有以下一种或多种特征：
-所述激光器为脉冲激光器；
-所述光电池为硅光电池；
-所述放大器为电荷放大器；
-所述数据采集部件为双路同步高速数据采集卡。
基于纳米金颗粒增强的液体痕量浓度检测方法及装置
技术领域
背景技术
度检测场合，高精度的液体浓度检测尤为重要。
布称量溶质和溶剂的质量与体积、计算得出浓度，但它只适用于液体中只含单一溶质的浓
度检测，不具有特异性分析的功能；化学滴定法是以化学反应为基础的方法，检测精度较
高，可以用于多溶质液体的浓度分析，但是检测耗时长，操作繁琐，且检测精度依赖于操作
人员对指示剂变色的辨别能力；电感耦合等离子体质谱法是目前精度最高的液体物质浓度
检测方法，适用于复杂环境下的物质浓度分析，但检测过程需要在专业的实验室环境下操
作，设备费用和维护费用十分昂贵，对有机物的检测能力不足，对没有标液的物质不能检
测；旋光法利用物质的旋光性对被测物质进行检测，其检测精度较高，但是应用领域非常
窄，不适用于无旋光性或旋光性小的物质；吸收光谱法是目前研究最为成熟的液体浓度光
学检测方法，可以通过光谱吸收峰的位置和强度来检测液体中不同成分的含量，但其难以
检测具有强散射的物质，特异性检测能力较差，且检测精度受制于设备的光分辨率，因此精
度很难提高。
难以提高。除此之外，这些方法的设备光源波长必须与被测物质的光谱响应相匹配，否则精
度很难满足检测要求，这极大增加了设备成本。
激光器发出的激光束投射到半反半透镜后分为两束：一束为测量光束，投向测量光声池，并
产生测量信号；另一束为参考光束，投向参考光声池，并产生参考信号。测量光声池内装有
不同浓度的葡萄糖溶液，因此测量信号与葡萄糖溶液的浓度和纯水正相关。
发明内容
法。
量；
颗粒散开，使整个液体的光吸收率产生大幅度的变化，进而光声信号的强度也相应产生大
幅度的变化，最终通过处理得到所述待测物质的浓度，实现该待测物质痕量级浓度的特异
性检测。
溶胶，所述纳米金颗粒的表面被修饰了一层能与液体中的某种待测物质特异性结合的分
子；
激光束照射的左右横向上所述内腔尺寸较大。
的几何平均值，且所述耦合层厚度等于声波长的1/4。
选择性结合的物质，来弥补传统光学检测特异性的不足，利用本发明可以在复杂环境中快
速而准确地测定出液体中某种待测物质的浓度。
痕量级别。
足。
最大程度被声传感器接收。
对不同的被测物质均可达到痕量检测水平。
附图说明
具体实施方式
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
表面修饰层的分子将多个分散的纳米金颗粒聚集在一起，或者将聚集在一起的纳米金散
开，从而使整个液体的光吸收率产生大幅度的变化，进而使得光声信号的强度产生大幅度
的变化，最终可以通过处理得到液体中这种待测物质的浓度，实现该物质痕量级浓度的特
异性检测。
粒的溶胶，所述纳米金颗粒的表面被修饰了一层能与液体中的某种待测物质特异性结合的
分子；
现对激光强度的实时监测/补偿。
换效率、获得大强度的光声信号，例如波长532nm、脉冲宽度小于200ns、单脉冲能量在0.1mJ
以上的Nd:YAG固体激光器。
前投向光声池3，另一路激光束经过分光棱镜2后反射投向一侧的光电池7。
光率需要大于95％，以降低激光能量损失。光声池3底部为无底镂空，直接与声传感器4的工
作面粘合在一起，使其中液体与声传感器直接接触，最大限度地提高转换效率。光声池3上
部开口，用于加注待测液体9。
行处理。
在激光束照射的前后方向上内腔尺寸较小，以便减小被测液体9的消耗量；在激光束照射的
左右横向上内腔尺寸较大，以便有更多的被测液体9被激光束照射，从而激发出更多的光声
信号，提高信号的信噪比。例如，光声池3的外形尺寸为12.5mm×12.5mm×43.5mm，内腔下部
尺寸为3mm×10mm×40mm，上部开口角度为45°，方便滴加液体。
率可取为650kHz，可在此范围内可以检测到待测液体9的光声信号并加以放大。
等于被测液体9中溶剂与压电陶瓷声阻抗的几何平均值，且耦合层10的厚度应等于声波长
的1/4。
用，组合使用时效果会更好。
过放大器5之后送入数据采集卡6进行数据采集，最终由计算机进行数据处理，可以得到光
声信号的强度值；
高精度测量。
体浓度测量的线性度，如图3所示。
饰层的分子将多个分散的纳米金颗粒聚集在一起，或者将聚集在一起的纳米金散开，从而
使得溶液的透光率产生急剧的变化，进而是的光声信号的强度产生巨幅变化，由此可以显
著提高液体浓度的测量精度。
如纳米金的表面等离子体共振吸收峰为522nm。
稳定，容易发生自脱水效应而形成苯环，纳米金颗粒也随之聚集，纳米金颗粒的表面等离子
体共振吸收峰随之产生蓝移，如附图5所示。当有汞离子存在时，4-巯基苯硼酸的巯基优先
与汞离子结合，使得纳米金颗粒重新分散。当待测液体9中存在与表面修饰层分子具有特异
性结合的待测物质(例如Hg2+)时，该待测物质可以通过表面修饰的分子将多个分散的纳米
金颗粒聚集在一起，或者将聚集在一起的纳米金散开，从而使得溶液的透光率产生急剧的
变化，进而是的光声信号的强度产生巨幅变化，由此可以显著提高液体浓度的测量精度。
示。
度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发
明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位
构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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