本实用新型专利技术公开了一种基于溶出伏安的多种重金属离子纳米光学检测装置。该装置包括进样系统、电化学检测系统和光学检测系统组成。进样系统由微量蠕动泵、蠕动泵管、进液腔、进液穿刺针和出液穿刺针构成，用于样品进液以及气泡消除；电化学检测系统以纳米杯阵列传感器作为工作电极，与铂丝对电极以及银氯化银参比电极构成三电极系统；光学检测系统由氙灯光源与CCD检测器构成。通过检测在电化学反应过程中纳米杯阵列传感器的透射率变化，可以实现多种重金属同时检测的目的。本实用新型专利技术装置克服了现有光电耦合离子检测方法的不足，能够同时对多种离子进行检测区分，并且具有高灵敏度、稳定性高、抗干扰能力强等特点。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种基于纳米杯阵列器件的离子检测技术，尤其涉及一种基于溶出伏安法能够对多种重金属离子同时检测的局部等离子共振检测装置。
技术介绍
在农业中，如果土壤重金属离子的量大于生态系统的承受范围，则土壤的成分以及性质将发生变异，从而降低农作物的产量和质量；另外，在环境水体中，过量的重金属离子往往会对人体造成严重的损害，其中包括神经系统紊乱以及新陈代谢受损等。因此，人们需要对环境中的重金属离子含量进行快速有效的监测。目前，对重金属离子的监测一般依靠实验室仪器进行，例如传统的电化学检测方法。电化学检测方法利用重金属离子的电化学反应特性，可以对溶液中的重金属离子进行高效而且灵敏的检测。这种监测方法虽然有效可靠，但是因为检测周期往往较长，不能适用于现场实时监测以及快速检测。针对于此，纳米光学检测技术开始受到人们的关注并渐渐开始应用于实时监测领域中。纳米光学检测技术通过利用检测元件表面的周期性纳米级别结构所引起等离子共振现象，实现对不同种类的离子进行快速简便的检测，相比较传统方法而言具有较大应用前景。然而纳米光学检测技术要求被检测物质需要和纳米结构表面有较大程度的接触或反应，以引起足够明显的等离子共振现象，因此不少纳米光学检测器件为了增强信号强度而对器件表面进行额外修饰或者标记以增强其选择性与灵敏度，在一定程度上增加了器件的复杂度以及稳定性，很难实现对于多种重金属离子的同时检测。本技术通过结合电化学检测方法以及纳米光学检测方法，在保证器件的高灵敏度及选择性的前提下，避免了对纳米结构表面的额外修饰，从而增加了器件的稳定性以及可重复使用性。相比于传统的电化学检测方法而言，该技术减弱了对检测溶液环境的严格要求，可应用于高度集成化的检测设备。相比较同类型的光电耦合检测技术，本技术可以实现多种混合重金属离子的同时检测，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于溶出伏安的多种重金属离子纳米光学检测装置。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于溶出伏安的多种重金属离子纳米光学检测装置，包括：环境室、支架系统、进样系统、密闭电化学检测室、光学检测系统、集成控制电路板和数据传输接口；其中，环境
室由装置底座以及环境室外壳构成；支架系统由检测室底座和固定在检测室底座上的光学支架构成；检测室底座固定在装置底座上；进样系统由微量蠕动泵、蠕动泵管、进液腔、进液穿刺针和出液穿刺针构成；微量蠕动泵固定在环境室外壳上，通过蠕动驱动马达进行供能，其外部通过蠕动泵外壳与外界分隔；进液腔固定在环境室外壳上，可以容纳待检测样液，由腔体壁以及密闭盖构成；密闭电化学检测室置于检测室底座上，由检测室外壁和检测室顶盖构成，检测室顶盖上设有两个直通接头，进液穿刺针和出液穿刺针分别穿过直通接头，待检测样液通过进液穿刺针进入电化学检测室，电化学检测室内的样液通过出液穿刺针离开电化学检测室；进液腔通过蠕动泵管连通进液穿刺针，微量蠕动泵通过蠕动泵管连通出液穿刺针；在电化学检测室的底部固定纳米杯阵列传感器，纳米杯阵列传感器通过导线引出作为工作电极；检测室顶盖上分别固定对电极和参比电极，使其浸入电化学检测室内的样液环境中；所述工作电极、对电极和参比电极构成电化学检测系统；光学检测系统包括CCD检测器以及氙灯光源；氙灯光源固定在装置底座上，CCD检测器固定在光学支架上，氙灯光源正对CCD检测器；集成控制电路板固定在装置底座上，通过数据传输接口连接到电脑；所述纳米杯阵列传感器表面规则分布直径为百纳米级的杯状结构，杯侧壁溅射沉积纳米金颗粒。所述检测室顶盖与检测室外壁可采用石英玻璃材料。进一步地，所述对电极为铂丝对电极，参比电极为银氯化银参比电极。本技术具有以下有益效果：本技术装置实现了三种重金属离子的种类检测以及浓度检测，同时简化了传统光电耦合检测系统。本技术相比较传统的电化学检测方法，具有高稳定性、高灵敏度的特点；与传统纳米光学离子检测手段相比，本技术免除了对纳米结构表面的额外特异性修饰或标记，具有高灵敏度、器件制备方式简单、稳定性高的优势。根据以上优点，本技术装置可广泛用于重金属离子检测的相关领域。附图说明图1是本技术所使用的光学-电化学耦合纳米杯阵列器件检测装置内部结构示意图；图2是本技术所使用的光学-电化学耦合纳米杯阵列器件检测装置外部结构示意图；图3是本技术密闭电化学检测室的结构示意图；图4是本技术纳米杯阵列传感器的结构示意图；图中：数据传输接口1、集成控制电路板2、检测室底座3、密闭电化学检测室4、进液腔5、蠕动泵管6、CCD检测器7、装置底座8、环境室外壳9、氙灯光源10、微量蠕动泵11、直通接头12、光学支架13、腔体壁51、密闭盖
52、蠕动泵外壳111、蠕动驱动马达112、检测室外壁41、回流穿刺针42、银氯化银参比电极43、检测室顶盖44、纳米杯阵列传感器45、入流穿刺针46、铂丝对电极47，纳米金颗粒14，纳米杯结构15。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术作详细描述，但不是限制本技术。如图1-图3所示，本技术所使用的多种重金属离子纳米光学检测装置，包括：环境室、支架系统、进样系统、密闭电化学检测室4、光学检测系统、集成控制电路板2和数据传输接口1；其中，环境室由装置底座8以及环境室外壳9构成；支架系统由检测室底座3和固定在检测室底座3上的光学支架13构成；检测室底座3固定在装置底座8上；进样系统由微量蠕动泵11、蠕动泵管6、进液腔5、进液穿刺针46和出液穿刺针42构成；微量蠕动泵11固定在环境室外壳9上，通过蠕动驱动马达112进行供能，其外部通过蠕动泵外壳111与外界分隔；进液腔5固定在环境室外壳9上，可以容纳待检测样液，由腔体壁51以及密闭盖52构成；密闭电化学检测室4置于检测室底座3上，由检测室外壁41和检测室顶盖44构成，检测室顶盖44上设有两个直通接头12，进液穿刺针46和出液穿刺针42分别穿过直通接头12，待检测样液通过进液穿刺针46进入电化学检测室4，电化学检测室4内的样液通过出液穿刺针42离开电化学检测室4；进液腔5通过蠕动泵管6连通进液穿刺针46，微量蠕动泵11通过蠕动泵管6连通出液穿刺针42；在电化学检测室4的底部固定纳米杯阵列传感器45，纳米杯阵列传感器45通过导线引出作为工作电极；检测室顶盖44上分别固定对电极47和参比电极43，使其浸入电化学检测室4内的样液环境中；所述工作电极、对电极47和参比电极43构成电化学检测系统；光学检测系统包括CCD检测器7以及氙灯光源10；氙灯光源10固定在装置底座8上，CCD检测器7固定在光学支架13上，氙灯光源10正对CCD检测器7；集成控制电路板2固定在装置底座8上，对微量蠕动泵11、电化学检测系统与光学检测系统进行供电与控制，并将获得的数据通过数据传输接口1实时传输到电脑；所述纳米杯阵列传感器45表面规则分布直径为百纳米级的杯状结构15，杯侧壁溅射沉积纳米金颗粒14。本技术的工作过程如下：首先制备标准离子溶液，使用稀盐酸溶液作为底液进行稀释并加入体积浓度10％的醋酸-醋酸钠缓冲液；接下来对标准离子溶液进行光电联合检测：往检测仪本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于溶出伏安的多种重金属离子纳米光学检测装置，其特征在于，包括：环境室、支架系统、进样系统、密闭电化学检测室(4)、光学检测系统、集成控制电路板(2)和数据传输接口(1)；其中，环境室由装置底座(8)以及环境室外壳(9)构成；支架系统由检测室底座(3)和固定在检测室底座(3)上的光学支架(13)构成；检测室底座(3)固定在装置底座(8)上；进样系统由微量蠕动泵(11)、蠕动泵管(6)、进液腔(5)、进液穿刺针(46)和出液穿刺针(42)构成；微量蠕动泵(11)固定在环境室外壳(9)上，通过蠕动驱动马达(112)进行供能，其外部通过蠕动泵外壳(111)与外界分隔；进液腔(5)固定在环境室外壳(9)上，由腔体壁(51)以及密闭盖(52)构成；密闭电化学检测室(4)置于检测室底座(3)上，由检测室外壁(41)和检测室顶盖(44)构成，检测室顶盖(44)上设有两个直通接头(12)，进液穿刺针(46)和出液穿刺针(42)分别穿过直通接头(12)；进液腔(5)通过蠕动泵管(6)连通进液穿刺针(46)，微量蠕动泵(11)通过蠕动泵管(6)连通出液穿刺针(42)；在电化学检测室(4)的底部固定纳米杯阵列传感器(45)，纳米杯阵列传感器(45)通过导线引出作为工作电极；检测室顶盖(44)上分别固定对电极(47)和参比电极(43)；所述工作电极、对电极(47)和参比电极(43)构成电化学检测系统；光学检测系统包括CCD检测器(7)以及氙灯光源(10)；氙灯光源(10)固定在装置底座(8)上，CCD检测器(7)固定在光学支架(13)上，氙灯光源(10)正对CCD检测器(7)；集成控制电路板(2)固定在装置底座(8)上，通过数据传输接口(1)连接到电脑；所述纳米杯阵列传感器(45)表面规则分布直径为百纳米级的杯状结构(15)，杯侧壁溅射沉积纳米金颗粒(14)。...
【技术特征摘要】
1.一种基于溶出伏安的多种重金属离子纳米光学检测装置，其特征在于，包括：环境室、支架系统、进样系统、密闭电化学检测室(4)、光学检测系统、集成控制电路板(2)和数据传输接口(1)；其中，环境室由装置底座(8)以及环境室外壳(9)构成；支架系统由检测室底座(3)和固定在检测室底座(3)上的光学支架(13)构成；检测室底座(3)固定在装置底座(8)上；进样系统由微量蠕动泵(11)、蠕动泵管(6)、进液腔(5)、进液穿刺针(46)和出液穿刺针(42)构成；微量蠕动泵(11)固定在环境室外壳(9)上，通过蠕动驱动马达(112)进行供能，其外部通过蠕动泵外壳(111)与外界分隔；进液腔(5)固定在环境室外壳(9)上，由腔体壁(51)以及密闭盖(52)构成；密闭电化学检测室(4)置于检测室底座(3)上，由检测室外壁(41)和检测室顶盖(44)构成，检测室顶盖(44)上设有两个直通接头(12)，进液穿刺针(46)和出液穿刺针(42)分别穿过直通接头(12)；进液...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘清君，李楠涛，张迪鸣，卢妍利，张倩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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