微型DBD-AFS集成分析系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微型DBD-AFS集成分析系统，属于微机电系统、介质阻挡放电等离子体、微型原子荧光光谱检测等技术领域。该系统包括微型DBD原子化器及AFS检测器，检测与控制接口模块以及基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统；所述微型DBD原子化器用于实现微体积条件下气态挥发性组份在放电等离子体区域被原子化；AFS检测器用于激发原子化后的待测定元素，并检测检测腔内待测定元素所发射的荧光光谱；检测与控制接口模块连接在微型DBD原子化器及AFS检测器和基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统之间。本发明专利技术提供的微型DBD-AFS集成分析系统架构灵活、升级换代容易、控制方式便捷、功耗低、灵敏度高，可以满足室外现场分析的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微机电系统、介质阻挡放电等离子体(Dielectric barrierdischarge，DBD)、微型原子焚光光谱(Atomic fluorescence spectrometry，AFS)检测以及嵌入式系统等
，涉及一种微型DBD-AFS集成分析系统。
技术介绍
以微机电系统(MEMS)的微细加工技术为基础发展的微流控芯片因其具有高集成度、高效、快速、微量等优点在生物分析、食品分析、化学分析和环境分析等领域得到了广泛的关注，已成为分析科学的研究前沿热点之一。作为微型全分析系统(Miniaturized TotalAnalysis Systems,uTAS)的一种核心技术，微流控芯片极大地降低了样品与试剂的使用量以及器件尺寸，发展与之相匹配的检测技术已成为微流控芯片技术发展的关键问题。近年来，针对于微流控芯片的在线联用技术研究主要集中在微流控器件与相关仪器的接口。如微流控器件和质谱仪(mass spectrometry，MS)之间的接口有电喷雾(Electrospray 1nizat1n，ESI)、基质辅助激光解吸电离(Matrix-Assisted LaserDesorpt1n 1nizat1n,MALDI)等不同形式。由于微流控芯片极大地降低了样品和试剂的使用量，从而要求检测器的灵敏度极高，仅仅在微流控器件与检测仪器之间增加接口部件，很难实现真正意义上实现“芯片实验室”。面对微流控芯片-原子荧光在线联用一体化集成实现痕量元素(如砸)快速检测难题，急需发展与其相适应的微型化的样品检测系统。如何能将蒸气发生AFS技术实现微型化，就成为解决问题的关键所在。目前，商品化的AFS仪器多采用热原子化方式，原子化温度高、运行功率大，致使激发光源和检测器无法足够接近原子化器，检测仪器体积庞大。为此，必须选择一种非热原子化方式来代替传统的热原子化方式，以克服AFS技术在微型化发展中的障碍。因介质阻挡放电(DBD)所产生的低温等离子体密度恰好适中，其结构特别适合制成微型化的原子化器。因此，为满足微流控芯片-原子荧光在线联用检测需要，契合微型全分析系统要求自动化、集成化、便携化的特点，如何设计适合微流控芯片-原子荧光在线联用的微型DBD-AFS集成分析系统直接关系到微流控芯片-原子荧光在线联用能否真正意义上实现一体化集成。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微型DBD-AFS集成分析系统，能够有效解决基于微流控芯片-原子荧光在线联用一体化集成检测痕量元素(如砸)所需的待测气态挥发性组份(如SeH2)在放电等离子体区域被原子化、激发原子化后的待测定元素(如Se)，以及检测腔内待测定元素(如Se)所发射的荧光光谱检测等关键技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案:微型DBD-AFS集成分析系统，包括微型DBD原子化器及AFS检测器，检测与控制接口模块以及基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统；所述微型DBD原子化器用于实现微体积条件下气态挥发性组份在放电等离子体区域被原子化;AFS检测器用于激发原子化后的待测定元素，并检测检测腔内待测定元素所发射的荧光光谱；所述检测与控制接口模块连接在微型DBD原子化器及AFS检测器和基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统之间，用于提供激励DBD原子化器的高频交流电压，形成低温等离子体；提供激活空心阴极灯、光电倍增管所需电源，并检测空心阴极灯灯电流，确保空心阴极灯处于正常工作状态；还用于微弱原子荧光光谱检测；保证微型DBD原子化器及AFS检测器处于恒温工作状态；控制各气体管道处于正常开/关状态；所述基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统用于产生微型DBD原子化器及AFS检测器控制和检测功能的控制信号。进一步，所述微型DBD原子化器及AFS检测器包括原子化微腔、ITO微等离子体激励电极、气体接入接口、检测腔、温度传感器、激发光纤以及检测光纤、空心阴极灯、光电倍增管；所述原子化微腔为微体积条件下形成稳定的低温放电等离子体区域，用于气态挥发性组份的原子化；所述ITO微等离子体激励电极，用于在原子化微腔内产生稳定的放电；所述气体接入接口，实现待测气态挥发性组份以及载气的载入；所述载气用于传输待测分析物，同时还作为DBD产生低温等离子体的介质；所述检测腔，用于安装激发光纤、检测光纤，实现待测原子所发射的荧光光谱检测；所述温度传感器，用于检测检测腔内的温度，实现微型DBD原子化器及AFS检测器温度恒定；所述激发光纤及检测光纤，用于传输激发光和收集荧光信号；所述空心阴极灯，用于辐射出具有特征谱线的锐线光谱；所述光电倍增管，用于探测微弱原子荧光光谱信号。进一步，所述ITO微等离子体激励电极采用MEMS制备工艺加工而成，上电极为ITO丝网电极、下电极为ITO平板电极，用于保证原子化微腔内放电等离子体分布均匀。进一步，所述激发光纤及检测光纤安装在检测腔内，且激发光纤与检测光纤形成夹角90度的荧光检测。进一步，所述检测与控制接口模块包括程控高压交流电源模块、程控高压直流电源模块、温度采集电路、灯电流检测电路、锁定放大器电路、模拟电子开关及ADC电路、微气阀驱动控制电路、微型抽气栗控制电路、温度控制电路；所述程控高压交流电源模块，用于提供激励DBD原子化器的高频交流电压，在原子化室形成低温等离子体；所述程控高压直流电源模块，用于提供激活空心阴极灯、光电倍增管所需负高压电源；所述温度采集电路，用于实现微型DBD原子化器及AFS检测器腔内温度实时检测；所述灯电流检测电路，用于对空心阴极灯灯电流实时检测，保证光强输出，空心阴极灯处于正常工作状态；所述锁定放大器电路，用于放大、检测PMT输出信号；所述模拟电子开关及ADC电路，用于对温度数据、灯电流数据、PMT输出数据切换检测，并实现模数转换；所述微气阀驱动控制电路，用于待测气态挥发性组份以及载气的载入控制，控制各气体管道在工作时处于正常开/关状态；所述微型抽气栗控制电路，用于对原子化微腔、检测腔内抽真空； 所述温度控制电路，用于对微型DBD原子化器及AFS检测器恒温控制。进一步，所述温度采集电路包括基准稳压电路、电压跟随器、第一级放大电路、放大滤波电路。进一步，所述锁定放大器电路，包括前置放大电路、六阶巴特沃斯带通滤波器，相敏检测器、低通滤波器。进一步，所述基于SOPC的微型DBD-AFS检测及控制系统包括N1S II软核处理器、电源管理控制器、Keyboard控制器、IXD控制器、PffM控制器、微气阀控制器、Avalon流模式采集控制器、微型抽气栗控制器、SDRAM控制器、Flash控制器、USB控制器以及程控高压交、直流控制器；所述N1S II软核处理器，用于实现各模块的智能控制；所述电源管理控制器，用于系统各模块电源管理与控制；所述Keyboard控制器，用于键盘输入数据控制；所述IXD控制器，用于实现系统中液晶显示驱动的控制；所述PffM控制器，用于对半导体制冷片电源控制，以实现恒温控制；所述微气阀控制器，用于待测气态挥发性组份以及载气的载入气通道控制；所述Avalon流模式采集控制器，用于数据高速采集控制；所述微型抽气栗控制器，用于排空原子化微腔、检测腔控制；所述SDRA本文档来自技高网...

【技术保护点】
微型DBD‑AFS集成分析系统，其特征在于：包括微型DBD原子化器及AFS检测器，检测与控制接口模块以及基于SOPC的微型DBD‑AFS检测及控制系统；所述微型DBD原子化器用于实现微体积条件下气态挥发性组份在放电等离子体区域被原子化；AFS检测器用于激发原子化后的待测定元素，并检测检测腔内待测定元素所发射的荧光光谱；所述检测与控制接口模块连接在微型DBD原子化器及AFS检测器和基于SOPC的微型DBD‑AFS检测及控制系统之间，用于提供激励DBD原子化器的高频交流电压，形成低温等离子体；提供激活空心阴极灯、光电倍增管所需电源，并检测空心阴极灯灯电流，确保空心阴极灯处于正常工作状态；还用于微弱原子荧光光谱检测；保证微型DBD原子化器及AFS检测器处于恒温工作状态；控制各气体管道处于正常开/关状态；所述基于SOPC的微型DBD‑AFS检测及控制系统用于产生微型DBD原子化器及AFS检测器控制和检测功能的控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖红华，廖宇，吴长坤，黄聪，付豪，袁海林，吴少尉，喻伟闯，
申请(专利权)人：湖北民族学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42