往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法

专利名称：往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法
技术领域：
本发明涉及往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法。
背景技术：
表面等离子体共振(SPR)方法具有实时检测、无需标记、耗样量少等特点， 可以实时监测传感器表面分子之间结合或离解反应进行的情况，进而获得有关 分子结构变化和化学键合的信息，计算反应的动力学常数，确定反应物的种类、 浓度和质量，不需要对反应物进行标记和纯化，因此特别适合生物分子间相互 作用的研究。近年来利用SPR方法研究分子动力学过程受到人们的普遍关注。 目前表面等离子体共振方法普遍采用固定入射角度(在共振角附近)，检测出射
光光强随时间的变化来获取固/液界面的动力学信息，这种方法的不足之处有
首先，由于反应过程中共振角发生变化，而此方法固定入射角，所以严格来讲
此方法获得的数据准确性不高；其次，由于出射光光强的变化容易受外界环境 的影响，此方法的重现性不好；最后，由于硬件方面的限制，时间分辨率较低， 对生物大分子反应比较敏感，对小分子反应的响应灵敏度很低。虽然国际上很 多公司都致力于提高SPR灵敏度和检测限的研究，但是大部分始终停留在对原 有方法进行改进，即仍是通过固定入射角度(在共振角附近)来检测出射光光 强随时间的变化。

发明内容
本发明的目的在于提供往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法。
该方法的原理由于通常体系反应前后共振角的变化很小，所以可以将入射光 线的入射角度在体系的始末共振角之间跟踪表面等离子体角动态变化。所述的 方法克服了传统动力学测量方法的不足，还可以用于多种不同仪器联用的时间 分辨测量中，特别是与电化学的结合联用中。发明人将以与电化学联用为例， 使用电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪，介绍往返循环跟踪表面等 离子体角动态变化的测量方法。
本发明的测量方法使用的测量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共 振测量仪。其构成如下
如图l所示，电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪是由已知技术 下位机光路单元、下位机电机单元和本发明提供的上位机单元、下位机电流单 元、下位机电压单元、下位机控制单元构成。所述的上位机单元与下位机控制 单元连接；下位机控制单元还分别与下位机电流单元、下位机电压单元、下位 机光路单元和下位机电机单元连接。
如图2所示，所述的上位机单元是一台通用计算机。该计算机中存储和运行 本发明的软件程序有电化学命令运行程序，电化学电压波形数据运行程序， SPR电机动作命令运行程序，电化学结果数据运行程序，SPR结果数据运行程
序，电化学数据处理运行程序，SPR数据处理运行，数据可视化运行程序，循
环伏安测量技术电压发生程序，恒电压测量技术时间记录程序。从而所述的上
位机单元相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置A 9，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置A 10，用于 处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置A 8，用于暂存电化学结果 数据的电化学结果数据缓冲装置A 6，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓
冲装置A 7，用于处理电化学结果数据的电化学数据处理装置2，用于处理SPR 结果数据的SPR数据处理装置3，用于处理数据可视化的数据可视化装置l，用 于发生循环伏安测量技术电压的循环伏安测量技术电压发生装置4， 10、用于 记录恒电压测量技术时间的恒电压测量技术时间记录发生装置5，还有USB缓冲 装置11和USB接口12。
所述的上位机单元中数据可视化装置1分别与电化学数据处理装置2和SPR 数据处理装置3连接；电化学数据处理装置2还分别与循环伏安测量技术电压发 生装置4、恒电压测量技术时间记录发生装置5和电化学结果数据缓冲装置A 6 连接；SPR数据处理装置3与SPR结果数据缓冲装置A 7连接；电化学结果数据缓 冲装置A 6、 SPR结果数据缓冲装置A 7、 SPR电机动作命令缓冲装置A 8、电化 学命令缓冲装置A9、电化学电压波形数据缓冲装置A 10和USB接口12分别与USB 缓冲装置ll连接；USB接口12再与图7中微处理器35联接。
上述的这些装置在本发明的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪 运行时，通过计算机存储和运行从下位机单元中接收来的电化学和SPR结果数 据和要发送给下位机的电化学命令、SPR电机动作命令和电化学电压波形数据。 所述的结果数据，是指从下位机传来的电流测量和SPR测量的数据。所述的电 化学命令、SPR电机动作命令和电化学电压波形数据，是上位机单元与下位机单 元通信协议的一部分。按照用户的操作(如开始测量、终止测量、电位设置等)， 计算机通过软件程序向下位机发送命令，通过下位机控制电流部分单元、电机 部分单元和光路部分单元进行相应测量操作。命令的格式由本发明自行定义。
所述的电化学电压波形数据，是上位机单元与下位机单元通信协议的一部分。 所述的电化学电压波形数据是按照用户指定的电压随时间变化的波形要求的运
行程序而产生波形数据，发送给下位机，下位机按照波形数据控制电极WE 16 产生用户要求的任意电压变化。
如图3所示，所述的下位机电流单元是由模数转换B 13，可编程运算放大器 14，电流计15，电极WE 16构成；所述的电极WE 16与电流计15连接；电流计15 再与可编程运算放大器14连接；可编程运算放大器14再与模数转换B 13连接； 模数转换B 13再与图7中微处理器35联接，进行电流测量。
如图4所示，所述的下位机电压单元是由数模转换17，输入缓冲放大器18， 电极RE 19，运算放大器B20，电极CE21构成；数模转换17与图7中微处理 器35联接，运算放大器B 20分别与数模转换17、输入缓冲放大器18和电极 CE21连接；输入缓冲放大器18与电极RE 19连接；实现恒电压控制，与下位
机电流部分单元组成通常的电化学三电极测量体系。
如图5所示，所述的下位机光路单元是由模数转换A 22，运算放大器A 23， 光电二极管24，半圆柱形棱镜25，激光器26构成；所述的激光器26与半圆柱形 棱镜25连接，半圆柱形棱镜25再与光电二极管24连接，光电二极管24与运算放 大器A 23连接，运算放大器A 23与模数转换A 22连接；模数转换A 22与与图7中 微处理器35的联接，采集SPR出射光强信号。
如图6所示，所述的下位机电机单元是由步进电机驱动27，步进电机28构成； 所述的步进电机驱动27与图7中微处理器35联接，步进电机驱动27与步进电机28 连接，实现SPR入射角的变化。
如图7所示，所述的下位机控制单元的微处理器35中存储和运行电化学命 令运行程序、电化学电压波形数据运行程序、SPR电机动作命令运行程序、电化 学结果数据运行程序、SPR结果数据运行程序；从而与微处理器35中的存储和运
行的程序相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置B 30，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置B 29，用于 处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置B 31，用于暂存电化学结果 数据的电化学结果数据缓冲装置B 33，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓 冲装置B 32及采样时钟发生装置34和微处理器35。所述的下位机控制单元中微 处理器35分别与电化学电压波形数据缓冲装置B 29、电化学命令缓冲装置B 30、 SPR电机动作命令缓冲装置B 31、 SPR结果数据缓冲装置B 32、电化学结果数据 缓冲装置B 33和采样时钟发生装置34连接；其还与图2中USB接口12联接、与图 4中数模转换17联接、与图3中模数转换B 13联接、与图5中模数转换A 22联接及 与图6中步进电机驱动27联接。
电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪工作过程 如图8主流程图所示起始步骤后，步骤310,用户通过上位机程序提供的 通用图形用户接口界面选择读取功能；则步骤320，通过电化学数据处理装置2 和SPR数据处理装置3读取文档，所述的文档是以前测量中通过步骤940保存的电 化学原位时间分辨表面等离子共振测量仪专用文件格式的文档，作为数据文件 由上位机的操作系统管理的数据；然后执行步骤380，通过数据可视化装置l显 示读取的数据。
起始步骤后，用户还可以通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选 择测量，依次进行步骤330，设备参数设置过程中上位机的流程(详细步骤参见 图9);步骤340，恒电位保持(详细步骤参见图10);步骤350，电流测量(详 细步骤参见图11);步骤360， SPR信号测量(详细步骤参见图12);步骤370， 按照上位机的流程，用户在设置设备参数给定的测量结束指令，或用户通过上
位机程序提供的通用图形用户接口界面选择测量结束指令，则进行步骤380，分 析处理、显示读取的数据；否则，转至步骤340，继续进行恒电位保持、电流测 量及SPR信号测量步骤。
设置设备参数过程中上位机的流程，如图9所示起始步骤后，步骤IIO， 上位机接受用户的操作要求，包括SPR电机运动方式、电化学命令、电化学电压 波形变化参数设置；步骤120，对SPR电机动作的操作要求暂存入SPR电机动作命 令缓冲装置A 8，电化学命令暂存入电化学命令缓冲装置A 9，根据电压变化产 生的波形数据暂存入电化学电压波形数据缓冲装置A 10;步骤130， SPR电机动 作命令、电化学命令和电化学电压波形数据暂存入USB缓冲装置11;步骤140， SPR电机动作命令、电化学命令和电化学电压波形数据经USB接口12发送给下位 机；步骤150，转至设备参数设置中下位机的步骤。
在设置设备参数过程中，如果由上位机传送到下位机的命令是开始测量， 那么在下位机的控制下，电流测量和SPR测量的数据采集同时进行，直至下位机 收到设置设备参数过程中上位机传送来的终止测量命令，测量终止。
恒电位保持的流程，如图10所示起始步骤后，步骤710，在采样时钟发生 装置34的控制下，微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前 时刻波形数据中对应的电压数据；步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电 压信号输出；步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；步骤740， 由电极RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大 器18反向输入端；步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器18 反向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE 19达到恒电 位。
电流測量的流程，如图ll所示起始步骤后，步骤510，由电流计15得到电 极WE 16的电流信号；步骤520，电流信号经可编程运算放大器14调理后输入到
模数转换B 13，转换成数据信号；步骤530，数据信号由微处理器35暂存在电化 学结果数据缓冲装置B 33中；步骤540，数据信号由微处理器35经USB接口12传 到上位机；步骤550，数据信号与SPR信号测量的流程的结果数据一起分别转至 电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3，最后由数据可视化装置l显示。
SPR信号测量的流程，如图12所示步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机 动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11，经过USB接口12进入微处理器35;步 骤220，由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机 28的速度，调整激光器26发射出的激光入射角；步骤230，激光通过半柱形棱镜 25进入光电二极管24采集到光强信号；步骤240，光强信号经过光电二极管24， 进入运算放大器A 23放大；步骤250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22 进行转换为数据信号；步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR结果 数据缓冲装置B 32中暂存；步骤270，数据信号由微处理器35经USB接口12传到 上位机；步骤280，数据信号与电流测量的流程的结果数据一起分别转至SPR数 据处理装置3和电化学数据处理装置2，最后由数据可视化装置l显示。
数据分析处理和显示过程的流程，如图13所示起始步骤后，步骤810，电 流数据信号和SPR数据信号从下位机经USB接口 12传至USB缓冲装置11;步骤820， 电流数据信号和SPR数据信号分别暂存在电化学结果数据缓冲装置A 6和SPR结果 数据缓冲装置A 7;步骤830,在电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3中对 电流数据信号和SPR数据信号进行数据处理，包括平滑、滤波、为存储和显示而 进行的预处理操作；步骤840，电流数据信号和SPR数据信号传至数据可视化装
置l，经过自动缩放等操作显示给用户。
数据存储和导出过程，如图14所示这一部分过程完成的功能包括在上位 机中存储测量数据和对以往数据的导出，数据导出为ASCII格式文本文件。
数据存储和导出过程的流程起始步骤后，步骤910，用户通过上位机程序
提供的通用图形用户接口界面选择保存，则步骤920，由电化学数据处理装置2 和SPR数据处理装置3分别保存电化学数据和SPR数据为电化学原位时间分辨表 面等离子共振测量仪专用文件格式，文件格式由本发明自行定义；步骤930，用 户还可以通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择导出，则导出成电 化学原位时间分辨表面等离子共振测量仪专用文件格式的文本文件；步骤920保 存和步骤930导出执行结束后，都执行结束步骤。
本发明的往返循环跟踪表面-等离子体角动态变化的测量方法有(1)往返 循环角度扫描模式的测量方法；(2)往返循环角度扫描与循环伏安法结合模式 的测量方法；(3)往返循环角度扫描与恒电压方法结合模式的测量方法。下面 分别进行介绍
(一)本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的 测量方法为往返循环角度扫描模式的测量方法，其步骤和条件如下 使用的测量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪。 SPR芯片制备
(1) 规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(HA与H2S04体积比 1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍，用氮气流吹 干；
(2) 将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为
SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中； 将反应池中加入溶液。打开所述的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量 仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest图标出现界面(图 15)，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描模式测量方法参数设 置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止时间，点击0K。用户 通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量，如图12所示选 择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲 装置ll，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处理器35发出 SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的速度，调整激光器 26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光电二极 管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二极管24，进入运算 放大器A 23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22进 行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR 结果数据缓冲装置B32中暂存；选择步骤270，数据信号由微处理器35经USB 接口12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处理装置3，最后 由数据可视化装置1显示。扫描结束后用户通过上位机程序提供的通用图形用 户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第一个中心 位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；将反应池中加入新的溶液。双击桌面上的SPRtest图标出现界面(图15)， 选择往返循环角度扫描模式测量方法，点击OK，进入往返循环角度扫描模式测
量方法界面，分别设定振幅、中心位置设定在第一步中所测量的共振角值位置、 时间间隔、扫描时间、静止时间，点击OK。用户通过上位机程序提供的通用图形
用户接口界面选择开始测量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令 由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11,经过USB接口 12进入 微处理器35;选择步骤220,由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电 机驱动27控制步进电机28在第一个共振角值位置以所设定的振幅运动，调整 激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光 电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二极管24，进 入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过模数转换A22 进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR 结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270，数据信号由微处理器35经USB 接口12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处理装置3，最后 由数据可视化装置1显示。作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来。系 统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其它参数不变)，然后进行新一轮 测量，找到第三个共振角位置并系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的中心 位置……这样不断往下进行，直到所设定的扫描时间，就可以得到共振角随时 间变化的关系。
(二)本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的 测量方法为往返循环角度扫描与循环伏安法结合模式的测量方法，其步骤和条 件如下
使用的测量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪。 SPR芯片制备
(1) 规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(H202与H2S04体积比 1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍，用氮气流吹
干；
(2) 将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中； 反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR芯片 作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。打开电化学原位时间分辨表 面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描 模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击OK。用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲 装置A 8进入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220， 由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的 速度，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱 镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二 极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过 模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处 理器35送到SPR结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270，数据信号由微 处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处 理装置3，最后由数据可视化装置1显示。扫描结束后通过上位机程序提供的通
用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第 一个中心位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池， SPR芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方 法，点击0K，进入往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方法参数设 置界面，分别设定振幅、中心位置为第一步中所测量的共振角值，循环伏安法 的参数起始电压、第一点电压、第二点电压、扫速、灵敏度，两者共同参数静 止时间、时间间隔、扫描圈数，点击0K。用户通过上位机程序提供的通用图形 用户接口界面选择开始测量，SPR信号测量流程，如图12所示选择步骤210, SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11,经过 USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处理器35发出SPR电机动作 命令控制步进电机驱动27控制步进电机28在第一个共振角值位置以所设定的 振幅运动，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱 形棱镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光 电二极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再 经过模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由 微处理器35送到SPR结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270,数据信号 由微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号与电流测量 的流程的结果数据一起分别转至sra数据处理装置3和电化学数据处理装置2,
最后由数据可视化装置1显示。作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来。
系统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其它参数不变)，然后进行新一 轮测量，找到第三个共振角位置并由系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的 中心位置……这样不断往下进行，直到电化学扫描完成。就可以得到共振角随 时间变化的关系。
恒电位保持和电流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流
程，如图10所示起始步骤后，选择步骤710，在采样时钟发生装置34的控制下， 微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前时刻波形数据中对 应的电压数据；选择步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电压信号输出； 步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；选择步骤740，由电极 RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大器18反 向输入端；选择步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器18反 向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE19达到恒电位。 电流测量的流程，如图ll所示起始步骤后，选择步骤510,由电流计15得 到电极WE 16的电流信号；选择步骤520，电流信号经可编程运算放大器14调理 后输入到模数转换B 13，转换成数据信号；选择步骤530，数据信号由微处理器 35暂存在电化学结果数据缓冲装置B 33中；选择步骤540，数据信号由微处理器 35经USB接口12传到上位机；选择步骤550，数据信号与SPR信号测量的流程的结 果数据一起分别转至电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3，最后由数据可 视化装置l显示。
(三)本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的 测量方法为往返循环角度扫描与恒电压方法结合模式的测量方法，其步骤和条 件如下
使用的测量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪。 SPR芯片制备:
(1) 规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(&02与&504体积比 1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2_3遍，用氮气流吹 干；
(2) 将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中； 反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR芯片 作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。打开电化学原位时间分辨表 面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描 模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击0K。用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲 装置A 8进入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220， 由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的 速度，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱 镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二 极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过 模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处 理器35送到SPR结果数据缓冲装置B32中暂存；选择步骤270，数据信号由微
处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处 理装置3，最后由数据可视化装置1显示。扫描结束后通过上位机程序提供的通
用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第 一个中心位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池， SPR芯片作工作电极,将三个电极分别与对应的导线连接。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择往返循环角度扫描与恒电压方法的模式测量方法， 点击0K，进入往返循环角度扫描与恒电压方法模式测量方法参数设置界面，分 别设定振幅、中心位置为第一步中所测量的共振角值，恒电压方法的参数电压、 灵敏度，共同的参数静止时间、时间间隔、扫描时间，点击OK。用户通过上位 机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量，SPR信号测量流程，如图 12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进 入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处 理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28在第一个 共振角值位置以所设定的振幅运动，调整激光器26发射出的激光入射角；选择 步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步 骤240，光强信号经过光电二极管24，进入运算放大器A 23放大；选择步骤 250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤 260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR结果数据缓冲装置B 32中暂存; 选择步骤270，数据信号由微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤 280，数据信号与电流测量的流程的结果数据一起分别转至SPR数据处理装置3 和电化学数据处理装置2，最后由数据可视化装置l显示。作为第二个共振角位 置并由系统自动记录下来。系统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其 它参数不变)，然后进行新一轮测量，找到第三个共振角位置并由系统自动记录 下来，作为下一圈扫描的的中心位置……这样不断往下进行，直到电化学扫描 完成，就可以得到共振角随时间变化的关系。
恒电位保持和鬼流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流 程，如图10所示起始步骤后，选择步骤710，在采样时钟发生装置34的控制下， 微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前时刻波形数据中对 应的电压数据；选择步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电压信号输出； 选择步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；选择步骤740，由 电极RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大器 18反向输入端；选择步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器 18反向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE 19达到恒 电位。
电流測量的流程，如图ll所示起始步骤后，选择步骤510,由电流计15 得到电极WE 16的电流信号；选择步骤520，电流信号经可编程运算放大器14 调理后输入到模数转换B 13，转换成数据信号；选择步骤530，数据信号由微 处理器35暂存在电化学结果数据缓冲装置B33中；选择步骤540，数据信号由 微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤550，数据信号与SPR信号测 量的流程的结果数据一起分别转至电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置 3，最后由数据可视化装置l显示。
三种模式的测量方法可根据需要选择，不同模式的测量方法中的参数设置
根据所研究的体系选择，软件界面中给出了参数的默认值，以方便用户使用。 本发明的有益效果是
1、 往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量模式，极大提高了SPR方 法的时间分辨率；
2、 共振角测量时往返循环模式可以实时、准确的监测体系的共振角变化；
3、 共振角测量可以与循环伏安法、恒电压法等电化学测量方法结合使用；
4、 不易受背景光的影响，噪声稳定；
5、 进一步提高了SPR方法的灵敏度和稳定性；
6、 可以用于多种不同仪器联用的时间分辨测量；
7、 软件自动化程度高，界面友好。


图1是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪的结构示意图。 图中有上位机单元，下位机电流部分单元，下位机电压部分单元，下位机 中光路部分单元，下位机中电机部分单元，下位机控制单元共六部分。 图2是上位机结构示意图。
图中有由数据可视化装置l，电化学数据处理装置2， SPR数据处理装置3， 循环伏安测量技术电压发生装置4，恒电压测量技术时间记录发生装置5，电化 学结果数据缓冲装置A 6， SPR结果数据缓冲装置A 7， SPR电机动作命令缓冲装 置A 8，电化学命令缓冲装置A 9，电化学电压波形数据缓冲装置A 10， USB缓冲 装置11和USB接口12成。
图3是下位机电流单元结构示意图。
图中有由模数转换B 13，可编程运算放大器14，电流计15和电极WE 16。图4是下位机电压单元结构示意图。
图中有数模转换17，输入缓冲放大器18，电极RE 19，运算放大器B 20和电 极CE 21。
图5是下位机中光路单元结构示意图。
图中有模数转换A 22，运算放大器A 23,光电二极管24，半圆柱形棱镜25 和激光器26。
图6是下位机中电机单元结构图。 图中有步进电机驱动27,步进电机28。 图7是下位机控制单元结构示意图。
图中有电化学电压波形数据缓冲装置B 29，电化学命令缓冲装置B 30， SPR 电机动作命令缓冲装置B 31， SPR结果数据缓冲装置B 32，电化学结果数据缓冲 装置B 33，采样时钟发生装置34和微处理器35。
图8是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪主流程图。 图9是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪设备参数设置过程 上位机流程图。
图10是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪测量过程恒电压 保持的流程图。
图11是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪测量过程电流测 量的流程图。
图12是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪测量过程SPR测量 的流程图。
图13是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪数据分析处理和显
示流程图。
图14是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪数据存储和读取 流程图。
图15是往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法的界面示意图。
图中有三种SPR测量方法分别为；角度扫描模式测量方法(Angle Scan Mode),恒角度扫描模式测量方法(Constant Angle Mode),往返循环角度扫描 模式测量方法(Angle-Reciprocated Mode);两种电化学测量方法分别为循 环伏安法(Cyclic Voltammetry Mode),恒电位方法(Constant potential Mode)。
具体实施方式
实施例l
本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的测量方 法为往返循环角度扫描模式的测量方法，其步骤和条件如下
使用的測量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪。 如图1所示，电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪是由已知技术-下位机光路单元、下位机电机单元和本发明提供的上位机单元、下位机电流单 元、下位机电压单元、下位机控制单元构成。所述的上位机单元与下位机控制 单元连接；下位机控制单元还分别与下位机电流单元、下位机电压单元、下位 机光路单元和下位机电机单元连接。
如图2所示，所述的上位机单元是一台通用计算机。该计算机中存储和运行 本发明的软件程序有电化学命令运行程序，电化学电压波形数据运行程序， SPR电机动作命令运行程序，电化学结果数据运行程序，SPR结果数据运行程 序，电化学数据处理运行程序，SPR数据处理运行，数据可视化运行程序，循
环伏安测量技术电压发生程序，恒电压测量技术时间记录程序。从而所述的上 位机单元相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置A 9，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置A 10，用于
处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置A 8，用于暂存电化学结果 数据的电化学结果数据缓冲装置A 6，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓 冲装置A 7，用于处理电化学结果数据的电化学数据处理装置2，用于处理SPR 结果数据的SPR数据处理装置3，用于处理数据可视化的数据可视化装置l，用 于发生循环伏安测量技术电压的循环伏安测量技术电压发生装置4， 10、用于 记录恒电压测量技术时间的恒电压测量技术时间记录发生装置5，还有USB缓冲 装置11和L'SB接口12。
所述的上位机单元中数据可视化装置1分别与电化学数据处理装置2和SPR 数据处理装置3连接；电化学数据处理装置2还分别与循环伏安测量技术电压发 生装置4、恒电压测量技术时间记录发生装置5和电化学结果数据缓冲装置A 6 连接；SPR数据处理装置3与SPR结果数据缓冲装置A 7连接；电化学结果数据缓 冲装置A 6、 SPR结果数据缓冲装置A 7、 SPR电机动作命令缓冲装置A 8、电化 学命令缓冲装置A9、电化学电压波形数据缓冲装置A 10和USB接口12分别与USB 缓冲装置ll连接；USB接口12再与图7中微处理器35联接。
上述的这些装置在本发明的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪 运行时，通过计算机存储和运行从下位机单元中接收来的电化学和SPR结果数 据和要发送给下位机的电化学命令、SPR电机动作命令和电化学电压波形数据。 所述的结果数据，是指从下位机传来的电流测量和SPR测量的数据。所述的电 化学命令、SPR电机动作命令和电化学电压波形数据，是上位机单元与下位机单 元通信协议的一部分。按照用户的操作(如开始测量、终止测量、电位设置等)， 计算机通过软件程序向下位机发送命令，通过下位机控制电流部分单元、电机 部分单元和光路部分单元进行相应测量操作。命令的格式由本发明自行定义。
所述的电化学电压波形数据，是上位机单元与下位机单元通信协议的一部分。 所述的电化学电压波形数据是按照用户指定的电压随时间变化的波形要求的运
行程序而产生波形数据，发送给下位机，下位机按照波形数据控制电极WE 16
产生用户要求的任意电压变化。
如图3所示，所述的下位机电流单元是由模数转换B 13，可编程运算放大器 14，电流计15，电极WE 16构成；所述的电极WE 16与电流计15连接；电流计15 再与可编程运算放大器14连接；可编程运算放大器14再与模数转换B 13连接； 模数转换B 13再与图7中微处理器35联接，进行电流测量。
如图4所示，所述的下位机电压单元是由数模转换17，输入缓冲放大器18， 电极RE 19，运算放大器B20，电极CE21构成；数模转换17与图7中微处理 器35联接，运算放大器B 20分别与数模转换17、输入缓冲放大器18和电极 CE 21连接；输入缓冲放大器18与电极RE 19连接；实现恒电压控制，与下位 机电流部分单元组成通常的电化学三电极测量体系。
如图5所示，所述的下位机光路单元是由模数转换A 22，运算放大器A 23， 光电二极管24，半圆柱形棱镜25，激光器26构成；所述的激光器26与半圆柱形 棱镜25连接，半圆柱形棱镜25再与光电二极管24连接，光电二极管24与运算放 大器A 23连接，运算放大器A 23与模数转换A 22连接；模数转换A 22与与图7中 微处理器35的联接，采集SPR出射光强信号。
如图6所示，所述的下位机电机单元是由步进电机驱动27，步进电机28构成;
所述的步进电机驱动27与图7中微处理器35联接，步进电机驱动27与步进电机28 连接，实现SPR入射角的变化。
如图7所示，所述的下位机控制单元的微处理器35中存储和运行电化学命 令运行程序、电化学电压波形数据运行程序、SPR电机动作命令运行程序、电化 学结果数据运行程序、SPR结果数据运行程序；从而与微处理器35中的存储和运 行的程序相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置B 30，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置B 29，用于 处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置B 31，用于暂存电化学结果 数据的电化学结果数据缓冲装置B 33，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓 冲装置B 32及采样时钟发生装置34和微处理器35。所述的下位机控制单元中微 处理器35分别与电化学电压波形数据缓冲装置B 29、电化学命令缓冲装置B 30、 SPR电机动作命令缓冲装置B 31、 SPR结果数据缓冲装置B 32、电化学结果数据 缓冲装置B 33和采样时钟发生装置34连接；其还与图2中USB接口12联接、与图 4中数模转换17联接、与图3中模数转换B 13联接、与图5中模数转换A 22联接及 与图6中步进电机驱动27联接。
电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪工作过程 如图8主流程图所示起始步骤后，步骤310，用户通过上位机程序提供的 通用图形用户接口界面选择读取功能；则步骤320，通过电化学数据处理装置2 和SPR数据处理装置3读取文档，所述的文档是以前测量中通过步骤940保存的电
化学原位时间分辨表面等离子共振测量仪专用文件格式的文档，作为数据文件 由上位机的操作系统管理的数据；然后执行步骤380，通过数据可视化装置l显 示读取的数据。
起始步骤后，用户还可以通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选 择测量，依次进行步骤330，设备参数设置过程中上位机的流程(详细步骤参见
图9);步骤340，恒电位保持(详细步骤参见图10);步骤350，电流测量(详 细步骤参见图11);步骤360， SPR信号测量(详细步骤参见图12);步骤370， 按照上位机的流程，用户在设置设备参数给定的测量结束指令，或用户通过上 位机程序提供的通用图形用户接口界面选择测量结束指令，则进行步骤380，分 析处理、显示读取的数据；否则，转至步骤340，继续进行恒电位保持、电流测 量及SPR信号测量步骤。
设置设备参数过程中上位机的流程，如图9所示起始步骤后，步骤IIO， 上位机接受用户的操作要求，包括SPR电机运动方式、电化学命令、电化学电压 波形变化参数设置；步骤120，对SPR电机动作的操作要求暂存入SPR电机动作命 令缓冲装置A 8，电化学命令暂存入电化学命令缓冲装置A 9，根据电压变化产 生的波形数据暂存入电化学电压波形数据缓冲装置A 10;步骤130， SPR电机动 作命令、电化学命令和电化学电压波形数据暂存入USB缓冲装置11;步骤140， SPR电机动作命令、电化学命令和电化学电压波形数据经USB接口 12发送给下位 机；步骤150，转至设备参数设置中下位机的步骤。
在设置设备参数过程中，如果由上位机传送到下位机的命令是开始测量， 那么在下位机的控制下，电流测量和SPR领慢的数据釆集同时进行，直至下位机 收到设置设备参数过程中上位机传送来的终止测量命令，测量终止。
恒电位保持的流程，如图10所示起始步骤后，步骤710，在采样时钟发生 装置34的控制下，微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前 时刻波形数据中对应的电压数据；步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电
压信号输出；步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；步骤740， 由电极RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大 器18反向输入端；步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器18 反向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE 19达到恒电 位。
电流测量的流程，如图ll所示起始步骤后，步骤510，由电流计15得到电 极WE 16的电流信号；步骤520，电流信号经可编程运算放大器14调理后输入到 模数转换B 13，转换成数据信号；步骤530，数据信号由微处理器35暂存在电化 学结果数据缓冲装置B 33中；步骤540，数据信号由微处理器35经USB接口12传 到上位机；步骤550，数据信号与SPR信号测量的流程的结果数据一起分别转至 电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3，最后由数据可视化装置l显示。
SPR信号测量的流程，如图12所示步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机 动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11,经过USB接口12进入微处理器35;步 骤220，由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机 28的速度，调整激光器26发射出的激光入射角；步骤230，激光通过半柱形棱镜 25进入光电二极管24采集到光强信号；步骤240，光强信号经过光电二极管24， 进入运算放大器A 23放大；步骤250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22 进行转换为数据信号；步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR结果 数据缓冲装置B 32中暂存；步骤270，数据信号由微处理器35经USB接口12传到 上位机；步骤280，数据信号与电流测量的流程的结果数据一起分别转至SPR数 据处理装置3和电化学数据处理装置2，最后由数据可视化装置l显示。
数据分析处理和显示过程的流程，如图13所示起始步骤后，步骤810，电
流数据信号和SPR数据信号从下位机经USB接口12传至USB缓冲装置11;步骤820， 电流数据信号和SPR数据信号分别暂存在电化学结果数据缓冲装置A 6和SPR结果 数据缓冲装置A 7;步骤830，在电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3中对 电流数据信号和SPR数据信号进行数据处理，包括平滑、滤波、为存储和显示而 进行的预处理操作；步骤840,电流数据信号和SPR数据信号传至数据可视化装 置l，经过自动縮放等操作显示给用户。
数据存储和导出过程，如图14所示这一部分过程完成的功能包括在上位 机中存储测量数据和对以往数据的导出，数据导出为ASCII格式文本文件。
数据存储和导出过程的流程起始步骤后，步骤910，用户通过上位机程序 提供的通用图形用户接口界面选择保存，则步骤920，由电化学数据处理装置2 和SPR数据处理装置3分别保存电化学数据和SPR数据为电化学原位时间分辨表 面等离子共振测量仪专用文件格式，文件格式由本发明自行定义；步骤930，用 户还可以通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择导出，则导出成电 化学原位时间分辨表面等离子共振测量仪专用文件格式的文本文件；步骤920保 存和步骤930导出执行结束后，都执行结束步骤。
SPR芯片制备
(1) 规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(恥2与貼04体积比 1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍，用氮气流吹 干；
(2) 将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中；
将反应池中加入溶液。打开所述的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量
仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest图标出现界面(图 15)，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描模式测量方法参数设 置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止时间，点击0K。用户 通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量，如图12所示选 择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲 装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处理器35发出 SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的速度，调整激光器 26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光电二极 管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二极管24，进入运算 放大器A 23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22进 行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR 结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270，数据信号由微处理器35经USB 接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处理装置3，最后 由数据可视化装置1显示。扫描结束后用户通过上位机程序提供的通用图形用 户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第一个中心 位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；将反应池中加入新的溶液。双击桌面上的SPRtest图标出现界面(图15)， 选择往返循环角度扫描模式测量方法，点击0K，进入往返循环角度扫描模式测 量方法界面，分别设定振幅、中心位置设定在第一步中所测量的共振角值位置、 时间间隔、扫描时间、静止时间，点击OK。用户通过上位机程序提供的通用图形
用户接口界面选择开始测量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令 由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入 微处理器35;选择步骤220，由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电 机驱动27控制步进电机28在第一个共振角值位置以所设定的振幅运动，调整 激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光 电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二极管24，进 入运算放大器A 23放大；选择步骤250,放大了的光强信号再经过模数转换A 22 进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR 结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270,数据信号由微处理器35经USB 接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处理装置3，最后 由数据可视化装置1显示。作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来。系 统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其它参数不变)，然后进行新一轮 测量，找到第三个共振角位置并系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的中心 位置……这样不断往下进行，直到所设定的扫描时间，就可以得到共振角随时 间变化的关系。 实施例2
本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的测量方
法为往返循环角度扫描与循环伏安法结合模式的测量方法，其步骤和条件如下 使用的測量仪是与实施例相同的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测 量仪。
SPR芯片制备
(1)规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(H202与H2S04体积比
1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍，用氮气流吹 干；
(2)将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中； 反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR芯片 作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。打开电化学原位时间分辨表 面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择角度扫描模式测量方法，点击OK,进入角度扫描 模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击0K。用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲 装置A 8进入USB缓冲装置11,经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220， 由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的 速度，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱 镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光电二 极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过 模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处 理器35送到SPR结果数据缓冲装置B32中暂存；选择步骤270，数据信号由微 处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处 理装置3，最后由数据可视化装置1显示。扫描结束后通过上位机程序提供的通 用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第
一个中心位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池， SPR芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方 法，点击0K，进入往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方法参数设 置界面，分别设定振幅、中心位置为第一歩中所测量的共振角值，循环伏安法 的参数起始电压、第一点电压、第二点电压、扫速、灵敏度，两者共同参数静 止时间、时间间隔、扫描圈数，点击0K。用户通过上位机程序提供的通用图形 用户接口界面选择开始测量，SPR信号测量流程，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A 8进入USB缓冲装置11，经过 USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处理器35发出SPR电机动作 命令控制步进电机驱动27控制步进电机28在第一个共振角值位置以所设定的 振幅运动，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱 形棱镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240，光强信号经过光 电二极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再 经过模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由 微处理器35送到SPR结果数据缓冲装置B 32中暂存；选择步骤270，数据信号 由微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号与电流测量 的流程的结果数据一起分别转至SPR数据处理装置3和电化学数据处理装置2， 最后由数据可视化装置1显示。作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来。 系统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其它参数不变)，然后进行新一
轮测量，找到第三个共振角位置并由系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的 中心位置……这样不断往下进行，直到电化学扫描完成。就可以得到共振角随 时间变化的关系。
恒电位保持和电流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流 程，如图10所示起始步骤后，选择步骤710，在采样时钟发生装置34的控制下， 微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前时刻波形数据中对 应的电压数据；选择步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电压信号输出； 步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；选择步骤740，由电极 RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大器18反 向输入端；选择步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器18反 向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE19达到恒电位。
电流測量的流程，如图ll所示起始步骤后，选择步骤510，由电流计15得 到电极WE 16的电流信号；选择步骤520，电流信号经可编程运算放大器14调理 后输入到模数转换B 13，转换成数据信号；选择步骤530，数据信号由微处理器 35暂存在电化学结果数据缓冲装置B 33中；选择步骤540，数据信号由微处理器 35经USB接口12传到上位机；选择步骤550，数据信号与SPR信号测量的流程的结 果数据一起分别转至电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置3，最后由数据可
视化装置l显示。 实施例3
本发明的往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，所述的测量方 法为往返循环角度扫描与恒电压方法结合模式的测量方法，其步骤和条件如下 使用的測量仪是与实施例1相同的电化学原位时间分辨表面等离子体共振
测量仪。
SPR芯片制备
(1) 规格20X20的玻璃片，在新配制的piranha溶液(H202与H2S04体积比 1: 3)中把上述玻璃片煮沸2min，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍，用氮气流吹 干；
(2) 将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片。
第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路中； 反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR芯片 作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。打开电化学原位时间分辨表 面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图15)，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描 模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击0K。用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量，如图12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲 装置A 8进入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220， 由微处理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28的 速度，调整激光器26发射出的激光入射角；选择步骤230，激光通过半柱形棱 镜25进入光电二极管24采集到光强信号；选择步骤240,光强信号经过光电二 极管24，进入运算放大器A23放大；选择步骤250，放大了的光强信号再经过 模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤260，转换后的数据信号由微处 理器35送到SPR结果数据缓冲装置B32中暂存；选择步骤270，数据信号由微
处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤280，数据信号转至SPR数据处
理装置3，最后由数据可视化装置1显示。扫描结束后通过上位机程序提供的通
用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第 一个中心位置参数值；
第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜25上，放置在光路 中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池， SPR芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接。双击桌面上的SPRtest 图标出现界面(图.15)，选择往返循环角度扫描与恒电压方法的模式测量方法， 点击0K，进入往返循环角度扫描与恒电压方法模式测量方法参数设置界面，分 别设定振幅、中心位置为第一步中所测量的共振角值，恒电压方法的参数电压、 灵敏度，共同的参数静止时间、时间间隔、扫描时间，点击0K。用户通过上位 机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量，SPR信号测量流程，如图 12所示选择步骤210， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A8进 入USB缓冲装置11，经过USB接口 12进入微处理器35;选择步骤220，由微处 理器35发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动27控制步进电机28在第一个 共振角值位置以所设定的振幅运动，调整激光器26发射出的激光入射角；选择 步骤230，激光通过半柱形棱镜25进入光电—极管24采集到光强信号；选择步 骤240，光强信号经过光电二极管24，进入运算放大器A 23放大；选择步骤 250，放大了的光强信号再经过模数转换A 22进行转换为数据信号；选择步骤 260，转换后的数据信号由微处理器35送到SPR结果数据缓冲装置B 32中暂存； 选择步骤270，数据信号由微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤 280，数据信号与电流测量的流程的结果数据一起分别转至SPR数据处理装置3
和电化学数据处理装置2，最后由数据可视化装置1显示。作为第二个共振角位 置并由系统自动记录下来。系统自动将中心位置移动到第二个共振角位置(其 它参数不变)，然后进行新 一轮测量，找到第三个共振角位置并由系统自动记录 下来，作为下一圈扫描的的中心位置……这样不断往下进行，直到电化学扫描 完成，就可以得到共振角随时间变化的关系。
恒电位保持和电流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流 程，如图10所示起始步骤后，选择步骤710，在采样时钟发生装置34的控制下， 微处理器35从电化学电压波形数据缓冲装置B 29中提取当前时刻波形数据中对 应的电压数据；选择步骤720，电压数据经数模转换17产生对应电压信号输出； 选择步骤730，电压信号送入输入缓冲放大器18同向输入端；选择步骤740,由 电极RE 19得到的电压信号经输入缓冲放大器18进行放大后送到输入缓冲放大器 18反向输入端；选择步骤750，输入缓冲放大器18同向输入端与输入缓冲放大器 18反向输入端进行比较，控制输入缓冲放大器18输出电压，使电极RE 19达到恒 电位。
电流渊量的流程，如图ll所示起始步骤后，选择步骤510,由电流计15 得到电极WE 16的电流信号；选择步骤520，电流信号经可编程运算放大器14 调理后输入到模数转换B 13，转换成数据信号；选择步骤530，数据信号由微 处理器35暂存在电化学结果数据缓冲装置B33中；选择步骤540，数据信号由 微处理器35经USB接口 12传到上位机；选择步骤550，数据信号与SPR信号测 量的流程的结果数据一起分别转至电化学数据处理装置2和SPR数据处理装置 3，最后由数据可视化装置l显示。
三种模式的测量方法可根据需要选择，不同模式的测量方法中的参数设置
根据所研究的体系选择，软件界面中给出了参数的默认值，以方便用户使用,
权利要求
1、往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，其特征在于，所述的测量方法为往返循环角度扫描模式的测量方法，其步骤和条件如下使用的测量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪，其构成为下位机光路单元、下位机电机单元，还有上位机单元、下位机电流单元、下位机电压单元、下位机控制单元；所述的上位机单元与下位机控制单元连接；下位机控制单元还分别与下位机电流单元、下位机电压单元、下位机光路单元和下位机电机单元连接；所述的上位机单元是一台通用计算机，该计算机中存储和运行本发明的软件程序有电化学命令运行程序，电化学电压波形数据运行程序，SPR电机动作命令运行程序，电化学结果数据运行程序，SPR结果数据运行程序，电化学数据处理运行程序，SPR数据处理运行，数据可视化运行程序，循环伏安测量技术电压发生程序，恒电压测量技术时间记录程序；从而所述的上位机单元相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置A(9)，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置A(10)，用于处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置A(8)，用于暂存电化学结果数据的电化学结果数据缓冲装置A(6)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装置A(7)，用于处理电化学结果数据的电化学数据处理装置(2)，用于处理SPR结果数据的SPR数据处理装置(3)，用于处理数据可视化的数据可视化装置(1)，用于发生循环伏安测量技术电压的循环伏安测量技术电压发生装置(4)，用于记录恒电压测量技术时间的恒电压测量技术时间记录发生装置(5)，还有USB缓冲装置(11)和USB接口(12)；所述的上位机单元中数据可视化装置(1)分别与电化学数据处理装置(2)和SPR数据处理装置(3)连接；电化学数据处理装置(2)还分别与循环伏安测量技术电压发生装置(4)、恒电压测量技术时间记录发生装置(5)电化学结果数据缓冲装置A(6)连接；SPR数据处理装置(3)与SPR结果数据缓冲装置A(7)连接；电化学结果数据缓冲装置A(6)、SPR结果数据缓冲装置A(7)、SPR电机动作命令缓冲装置A(8)、电化学命令缓冲装置A(9)、电化学电压波形数据缓冲装置A(10)和USB接口(12)分别与USB缓冲装置(11)连接；USB接口(12)再与微处理器(35)联接；所述的下位机电流单元是由模数转换B(13)，可编程运算放大器(14)，电流计(15)，电极WE(16)构成；所述的电极WE(16)与电流计(15)连接；电流计(15)再与可编程运算放大器(14)连接；可编程运算放大器(14)再与模数转换B(13)连接；模数转换B(13)再与微处理器(35)联接进行电流测量；所述的下位机电压单元是由数模转换(17)，输入缓冲放大器(18)，电极RE(19)，运算放大器B(20)，电极CE(21)构成；数模转换(17)与微处理器(35)联接，运算放大器B(20)分别与数模转换(17)、输入缓冲放大器(18)和电极CE(21)连接；输入缓冲放大器(18)与电极RE(19)连接；实现恒电压控制，与下位机电流部分单元组成通常的电化学三电极测量体系；所述的下位机光路单元是由模数转换A(22)，运算放大器A(23)，光电二极管(24)，半圆柱形棱镜(25)，激光器(26)构成；所述的激光器(26)与半圆柱形棱镜(25)连接，半圆柱形棱镜(25)再与光电二极管(24)连接，光电二极管(24)与运算放大器A(23)连接，运算放大器A(23)与模数转换A(22)连接；模数转换A(22)与与微处理器(35)联接，采集SPR出射光强信号；所述的下位机电机单元是由步进电机驱动(27)，步进电机(28)构成；所述的步进电机驱动(27)与微处理器(35)联接，步进电机驱动(27)与步进电机(28)连接，实现SPR入射角的变化；所述的下位机控制单元的微处理器(35)中存储和运行电化学命令运行程序、电化学电压波形数据运行程序、SPR电机动作命令运行程序、电化学结果数据运行程序、SPR结果数据运行程序；从而与微处理器(35)中的存储和运行的程序相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置B(30)，用于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置B(29)，用于处理SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置B(31)，用于暂存电化学结果数据的电化学结果数据缓冲装置B(33)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装置B(32)及采样时钟发生装置(34)和微处理器(35)；所述的下位机控制单元中微处理器(35)分别与电化学电压波形数据缓冲装置B(29)、电化学命令缓冲装置B(30)、SPR电机动作命令缓冲装置B(31)、SPR结果数据缓冲装置B(32)、电化学结果数据缓冲装置B(33)和采样时钟发生装置(34)连接；其还与USB接口(12)联接、与数模转换(17)联接、与模数转换B(13)联接、与模数转换A(22)联接及与步进电机驱动(27)联接；SPR芯片制备(1)把规格20×20的玻璃片在新配制的piranha溶液中煮沸2min，该溶液中H2O2与H2SO4体积比1∶3，再依次用水，乙醇冲洗2-3遍，用氮气流吹干；(2)将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45-50nm的金，作为SPR芯片；第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在光路中；将反应池中加入溶液，打开所述的电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机，双击桌面上的SPRtest图标出现界面，选择角度扫描模式测量方法，点击OK，进入角度扫描模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止时间，点击OK，用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量选择步骤(210)，SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A(8)进入USB缓冲装置(11)，经过USB接口(12)进入微处理器(35)；选择步骤(220)，由微处理器(35)发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动(27)控制步进电机(28)的速度，调整激光器(26)发射出的激光入射角；选择步骤(230)，激光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号；选择步骤(240)，光强信号经过光电二极管(24)，进入运算放大器A(23)放大；选择步骤(250)，放大了的光强信号再经过模数转换A(22)进行转换为数据信号；选择步骤(260)，转换后的数据信号由微处理器(35)送到SPR结果数据缓冲装置B(32)中暂存；选择步骤(270)，数据信号由微处理器(35)经USB接口(12)传到上位机；选择步骤(280)，数据信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示，扫描结束后用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作为第一个中心位置参数值；第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在光路中；将反应池中加入新的溶液，双击桌面上的SPRtest图标出现界面，选择往返循环角度扫描模式测量方法，点击OK，进入往返循环角度扫描模式测量方法界面，分别设定振幅、中心位置设定在第一步中所测量的共振角值位置、时间间隔、扫描时间、静止时间，点击OK，用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量选择步骤(210)，SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A(8)进入USB缓冲装置(11)，经过USB接口(12)进入微处理器(35)；选择步骤(220)，由微处理器(35)发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动(27)控制步进电机(28)在第一个共振角值位置以所设定的振幅运动，调整激光器(26)发射出的激光入射角；选择步骤(230)，激光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号；选择步骤(240)，光强信号经过光电二极管(24)，进入运算放大器A(23)放大；选择步骤(250)，放大了的光强信号再经过模数转换A(22)进行转换为数据信号；选择步骤(260)，转换后的数据信号由微处理器(35)送到SPR结果数据缓冲装置B(32)中暂存；选择步骤(270)，数据信号由微处理器(35)经USB接口(12)传到上位机；选择步骤(280)，数据信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示，作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来，系统自动将中心位置移动到第二个共振角位置，其它参数不变，然后进行新一轮测量，找到第三个共振角位置并系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的中心位置……这样不断往下进行，直到所设定的扫描时间，就可以得到共振角随时间变化的关系。
2、往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，其特征在于，所述 的测量方法为往返循环角度扫描模式的测量方法，其步骤和条件如下使用的瀾量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪，其构成 为下位机光路单元、下位机电机单元，还有上位机单元、下位机电流单元、 下位机电压单元、下位机控制单元；所述的上位机单元与下位机控制单元连接; 下位机控制单元还分别与下位机电流单元、下位机电压单元、下位机光路单元 和下位机电机单元连接；所述的上位机单元是一台通用计算机，该计算机中存储和运行本发明的软 件程序有电化学命令运行程序，电化学电压波形数据运行程序，SPR电机动 作命令运行程序，电化学结果数据运行程序，SPR结果数据运行程序，电化学 数据处理运行程序，SPR数据处理运行，数据可视化运行程序，循环伏安测量 技术电压发生程序，恒电压测量技术时间记录程序；从而所述的上位机单元相 对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置A (9)，用于处 理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置A (10)，用于处理SPR电 机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置A (8)，用于暂存电化学结果数据的电 化学结果数据缓冲装置A (6)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装置 A(7)，用于处理电化学结果数据的电化学数据处理装置(2)，用于处理SPR结果 数据的SPR数据处理装置(3)，用于处理数据可视化的数据可视化装置(l)，用 于发生循环伏安测量技术电压的循环伏安测量技术电压发生装置(4),用于记 录恒电压测量技术时间的恒电压测量技术时间记录发生装置(5)，还有USB缓冲 装置(11)和USB接口 (12);所述的上位机单元中数据可视化装置(1)分别与电化学数据处理装置(2)和 SPR数据处理装置(3)连接；电化学数据处理装置(2)还分别与循环伏安测量技 术电压发生装置(4)、恒电压测量技术时间记录发生装置(5)电化学结果数据缓 冲装置A (6)连接；SPR数据处理装置(3)与SPR结果数据缓冲装置A (7)连接； 电化学结果数据缓冲装置A (6)、 SPR结果数据缓冲装置A (7)、 SPR电机动作命 令缓冲装置A (8)、电化学命令缓冲装置A (9)、电化学电压波形数据缓冲装置 A (10)和USB接口.(12)分别与USB缓冲装置(11)连接；USB接口(12)再与微处理 器(35)联接；所述的下位机电流单元是由模数转换B (13)，可编程运算放大器(14)， 电流计(15)，电极WE (16)构成；所述的电极WE (16)与电流计(15)连接； 电流计(15)再与可编程运算放大器(14)连接；可编程运算放大器(14)再 与模数转换B (13)连接；模数转换B (13)再与微处理器(35)联接进行电 流测量；所述的下位机电压单元是由数模转换(17)，输入缓冲放大器(18)，电极 RE (19)，运算放大器B (20)，电极CE (21)构成；数模转换(17)与微处理 器(35)联接，运算放大器B (20)分别与数模转换(17)、输入缓冲放大器(18) 和电极CE (21)连接；输入缓冲放大器(18)与电极RE (19)连接；实现恒 电压控制，与下位机电流部分单元组成通常的电化学三电极测量体系；所述的下位机光路单元是由模数转换A (22)，运算放大器A (23)，光电二 极管(24)，半圆柱形棱镜(25)，激光器(26)构成；所述的激光器(26)与 半圆柱形棱镜(25)连接，半圆柱形棱镜(25)再与光电二极管(24)连接，光电 二极管(24)与运算放大器A(23)连接，运算放大器A(23)与模数转换A(22)连接； 模数转换A(22)与与微处理器(35)联接，采集SPR出射光强信号；所述的下位机电机单元是由步进电机驱动(27),步进电机(28)构成；所述的 步进电机驱动(27)与微处理器(35)联接，步进电机驱动(27)与步进电机(28)连 接，实现SPR入射角的变化；所述的下位机控制单元的微处理器(35)中存储和运行电化学命令运行程 序、电化学电压波形数据运行程序、SPR电机动作命令运行程序、电化学结果数 据运行程序、SPR结果数据运行程序；从而与微处理器(35)中的存储和运行的程 序相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置B(30)，用 于处理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置B(29)，用于处理 SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置B(31)，用于暂存电化学结果数据 的电化学结果数据缓冲装置B(33)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装 置B (32)及采样时钟发生装置(34)和微处理器(35);所述的下位机控制单元中微处理器(35)分别与电化学电压波形数据缓冲装 置B (29)、电化学命令缓冲装置B (30)、 SPR电机动作命令缓冲装置B (31)、 SPR结果数据缓冲装置B (32)、电化学结果数据缓冲装置B (33)和采样时钟 发生装置(34)连接；其还与USB接口 (12)联接、与数模转换(17)联接、 与模数转换B (13)联接、与模数转换A (22)联接及与步进电机驱动(27)联 接；SPR芯片制备(1)把规格20X20的玻璃片在新配制的piranha溶液中煮 沸2min，该溶液中H必与H2S(U本积比1: 3，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍， 用氮气流吹干；(2)将(1)所得到的玻璃片镀上5nm的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片；第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在光路 中；反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR 芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接，打开电化学原位时间分 辨表面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机，双击桌面上的 SPRtest图标出现界面，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击OK，用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量选择步骤(210)， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A (8) 进入USB缓冲装置(11)，经过USB接口 (12)进入微处理器(35);选择步骤(220)，由微处理器(35)发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动(27)控 制步进电机(28)的速度，调整激光器(26)发射出的激光入射角；选择步骤(230)，激光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号； 选择步骤(240)，光强信号经过光电二极管(24)，进入运算放大器A (23)放 大；选择步骤(250)，放大了的光强信号再经过模数转换A (22)进行转换为数据信号；选择步骤(260)，转换后的数据信号由微处理器(35)送到SPR结果数据缓冲装置B (32)中暂存；选择步骤(270)，数据信号由微处理器(35)经USB接口 (12)传到上位机；选择步骤(280),数据信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示，扫描结束后用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作 为第一个中心位置参数值；第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在光 路中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池， SPR芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接，双击桌面上的SPRtest 图标出现界面，选择往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方法，点 击OK，进入往返循环角度扫描与循环伏安法结合的模式测量方法参数设置界面， 分别设定振幅、中心位置为第一步中所测量的共振角值，循环伏安法的参数起 始电压、第一点电压、第二点电压、扫速、灵敏度，两者共同参数静止时间、 时间间隔、扫描圈数，点击0K，用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口 界面选择开始测量，SPR信号测量流程选择步骤(210)， SPR电机动作命令由 SPR电机动作命令缓冲装置A (8)进入USB缓冲装置(11)，经过USB接口 (12) 进入微处理器(35);选择步骤(220)，由微处理器(35)发出SPR电机动作命 令控制步进电机驱动(27)控制步进电机(28)在第一个共振角值位置以所设 定的振幅运动，调整激光器(26)发射出的激光入射角；选择步骤(230)，激 光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号；选择步骤(240)， 光强信号经过光电二极管(24)，进入运算放大器A (23)放大；选择步骤(250), 放大了的光强信号再经过模数转换A( 22)进行转换为数据信号；选择步骤(260)， 转换后的数据信号由微处理器(35)送到SPR结果数据缓冲装置B (32)中暂存; 选择步骤(270)，数据信号由微处理器(35)经USB接口 (12)传到上位机； 选择步骤(280)，数据信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装 置(1)显示，作为第二个共振角位置并由系统自动记录下来，系统自动将中心 位置移动到第二个共振角位置，其它参数不变，然后进行新一轮测量，找到第 三个共振角位置并由系统自动记录下来，作为下一圈扫描的的中心位置……这 样不断往下进行，直到电化学扫描完成，就可以得到共振角随时间变化的关系;恒电位保持和电流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流 程起始步骤后，选择步骤(710)，在采样时钟发生装置(34)的控制下，微 处理器(35)从电化学电压波形数据缓冲装置B (29)中提取当前时刻波形数据 中对应的电压数据；选择步骤(720)，电压数据经数模转换(17)产生对应电 压信号输出步骤(730)，电压信号送入输入缓冲放大器(18)同向输入端； 选择步骤(740)，由电极RE (19)得到的电压信号经输入缓冲放大器(18)进 行放大后送到输入缓冲放大器(18)反向输入端；选择步骤(750)，输入缓冲 放大器(18)同向输入端与输入缓冲放大器(18)反向输入端进行比较，控制 输入缓冲放大器(18)输出电压，使电极RE (19)达到恒电位；电流測量的流程起始步骤后，选择步骤(510)，由电流计(15)得到电 极WE (16)的电流信号；选择步骤(520)，电流信号经可编程运算放大器(14) 调理后输入到模数转换B (13)，转换成数据信号；选择步骤(530)，数据信号 由微处理器(35)暂存在电化学结果数据缓冲装置B (33)中；选择步骤(540)， 数据信号由微处理器(35)经USB接口 (12)传到上位机；选择步骤(550)，数 据信号与SPR信号测量的流程的结果数据一起分别转至电化学数据处理装置(2) 和SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示。
3、往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法，其特征在于，所述 的测量方法为往返循环角度扫描模式的测量方法，其步骤和条件如下使用的測量仪是电化学原位时间分辨表面等离子体共振测量仪，其构成为-下位机光路单元、下位机电机单元，还有上位机单元、下位机电流单元、下位 机电压单元、下位机控制单元；所述的上位机单元与下位机控制单元连接；下 位机控制单元还分别与下位机电流单元、下位机电压单元、下位机光路单元和 下位机电机单元连接；所述的上位机单元是一台通用计算机，该计算机中存储和运行本发明的软 件程序有电化学命令运行程序，电化学电压波形数据运行程序，SPR电机动 作命令运行程序，电化学结果数据运行程序，SPR结果数据运行程序，电化学 数据处理运行程序，SPR数据处理运行，数据可视化运行程序，循环伏安测量 技术电压发生程序，恒电压测量技术时间记录程序；从而所述的上位机单元相 对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置A (9)，用于处 理电化学电压波形数据的电化学电压波形数据缓冲装置A (10)，用于处理SPR电 机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置A (8)，用于暂存电化学结果数据的电 化学结果数据缓冲装置A (6)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装置 A(7)，用于处理电化学结果数据的电化学数据处理装置(2)，用于处理SPR结果 数据的SPR数据处理装置(3)，用于处理数据可视化的数据可视化装置(l)，用 于发生循环伏安测量技术电压的循环伏安测量技术电压发生装置(4)，用于记 录恒电压测量技术时间的恒电压测量技术时间记录发生装置(5)，还有USB缓冲 装置(11)和USB接口 (12);所述的上位机单元中数据可视化装置(1)分别与电化学数据处理装置(2)和 SPR数据处理装置(3)连接；电化学数据处理装置(2)还分别与循环伏安测量技 术电压发生装置(4)、恒电压测量技术时间记录发生装置(5)电化学结果数据缓 冲装置A (6)连接；SPR数据处理装置(3)与SPR结果数据缓冲装置A (7)连接； 电化学结果数据缓冲装置A (6)、 SPR结果数据缓冲装置A (7)、 SPR电机动作命 令缓冲装置A (8)、电化学命令缓冲装置A (9)、电化学电压波形数据缓冲装置 A (10)和USB接口(12)分别与USB缓冲装置(11)连接;USB接口(12)再与微处理 器(35)联接；所述的下位机电流单元是由模数转换B (13)，可编程运算放大器(14)， 电流计(15)，电极WE (16)构成；所述的电极WE (16)与电流计(15)连接； 电流计(15)再与可编程运算放大器(14)连接；可编程运算放大器(14)再 与模数转换B (13)连接；模数转换B (13)再与微处理器(35)联接进行电 流测量；所述的下位机电压单元是由数模转换(17)，输入缓冲放大器(18)，电极 RE (19)，运算放大器B (20)，电极CE (21)构成；数模转换(17)与微处理 器(35)联接，运算放大器B (20)分别与数模转换(17)、输入缓冲放大器(18) 和电极CE (21)连接；输入缓冲放大器(18)与电极RE (19)连接；实现恒 电压控制，与下位机电流部分单元组成通常的电化学三电极测量体系；所述的下位机光路单元是由模数转换A (22)，运算放大器A (23)，光电二 极管(24)，半圆柱形棱镜(25)，激光器(26)构成；所述的激光器(26)与 半圆柱形棱镜(25)连接，半圆柱形棱镜(25)再与光电二极管(24)连接，光电 二极管(24)与运算放大器A (23)连接，运算放大器A (23)与模数转换A(22)连接； 模数转换A(22)与与微处理器(35)联接，采集SPR出射光强信号；所述的下位机电机单元是由步进电机驱动(27)，步进电机(28)构成；所述的 步进电机驱动(27)与微处理器(35)联接，步进电机驱动(27)与步进电机(28)连接，实现SPR入射角的变化；所述的下位机控制单元的微处理器(35)中存储和运行电化学命令运行程 序、电化学电压波形数据运行程序、SPR电机动作命令运行程序、电化学结果数据运行程序、SPR结果数据运行程序；从而与微处理器(35)中的存储和运行的程 序相对应的有以下装置用于处理电化学命令的电化学命令缓冲装置B(30)，用 于处理电化学电压被形数据的电化学电压波形数据缓冲装置B(29)，用于处理 SPR电机动作命令的SPR电机动作命令缓冲装置B(31)，用于暂存电化学结果数据 的电化学结果数据缓冲装置B(33)，用于暂存SPR结果数据的SPR结果数据缓冲装 置B (32)及采样时钟发生装置(34)和微处理器(35);所述的下位机控制单元中微处理器(35)分别与电化学电压波形数据缓冲装 置B (29)、电化学命令缓冲装置B (30)、 SPR电机动作命令缓冲装置B (31)、 SPR结果数据缓冲装置B (32)、电化学结果数据缓冲装置B (33)和采样时钟 发生装置(34)连接；其还与USB接口 (12)联接、与数模转换(17)联接、 与模数转换B (13)联接、与模数转换A (22)联接及与步进电机驱动(27)联 接；SPR芯片制备(1)把规格20X20的玻璃片在新配制的piranha溶液中煮 沸2min，该溶液中HA与H2S(M本积比1: 3，再依次用水，乙醇冲洗2—3遍， 用氮气流吹干；(2)将(1)所得到的玻璃片镀上5mn的铬，再镀上45 — 50nm的金，作为 SPR芯片；第一步，将SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在光路 中；反应池中加入溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应池，SPR 芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接，打开电化学原位时间分 辨表面等离子体共振测量仪的电源开关，开启所连的计算机，双击桌面上的SPRtest图标出现界面，选择角度扫描模式测量方法，点击0K，进入角度扫描模式测量方法参数设置界面，分别设定起始角度、终止角度、时间间隔、静止 时间，点击0K，用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测 量选择步骤(210)， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A (8) 进入USB缓冲装置(11)，经过USB接口 (12)进入微处理器(35);选择步骤(220)，由微处理器(35)发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动(27)控 制步进电机(28)的速度，调整激光器(26)发射出的激光入射角；选择步骤(230)，激光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号； 选择步骤(240)，光强信号经过光电二极管(24)，进入运算放大器A (23)放 大；选择步骤(250)，放大了的光强信号再经过模数转换A (22)进行转换为数 据信号；选择步骤(260)，转换后的数据信号由微处理器(35)送到SPR结果 数据缓冲装置B (32)中暂存；选择步骤(270)，数据信号由微处理器(35)经 USB接口 (12)传到上位机；选择步骤(280)，数据信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示，扫描结束后用户通过上位机程序提供的通用图形用户接口界面选择寻峰功能项系统自动给出所研究体系的共振角作 为第一个中心位置参数值；第二步，更换SPR芯片用光学匹配液粘在半圆柱形棱镜(25)上，放置在 光路中；反应池中加入新的溶液，将Ag/AgCl参比电极，Pt片对电极插入反应 池，SPR芯片作工作电极，将三个电极分别与对应的导线连接，双击桌面上的 SPRtest图标出现界面，选择往返循环角度扫描与恒电压方法的模式测量方法， 点击0K，进入往返循环龟度扫描与恒电压方法模式测量方法参数设置界面，分 别设定振幅、中心位置为第一步中所测量的共振角值，恒电压方法的参数电压、 灵敏度，共同的参数静止时间、时间间隔、扫描时间，点击0K，用户通过上位 机程序提供的通用图形用户接口界面选择开始测量，SPR信号测量流程选择步骤(210)， SPR电机动作命令由SPR电机动作命令缓冲装置A (8)进入USB缓 冲装置(11)，经过USB接口 (12)进入微处理器(35);选择步骤(220)，由 微处理器(35)发出SPR电机动作命令控制步进电机驱动(27)控制步进电机(28)在第一个共振角值位置以所设定的振幅运动，调整激光器(26)发射出 的激光入射角；选择步骤(230)，激光通过半柱形棱镜(25)进入光电二极管(24)采集到光强信号；选择步骤(240)，光强信号经过光电二极管(24)，进 入运算放大器A (23)放大；选择步骤(250)，放大了的光强信号再经过模数 转换A (22)进行转换为数据信号；选择步骤(260)，转换后的数据信号由微处 理器(35)送到SPR结果数据缓冲装置B (32)中暂存；选择步骤(270)，数据 信号由微处理器(35)经USB接口 (12)传到上位机；选择步骤(280)，数据 信号转至SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示，作为第二 个共振角位置并由系统自动记录下来，系统自动将中心位置移动到第二个共振 角位置，其它参数不变，然后进行新一轮测量，找到第三个共振角位置并由系 统自动记录下来，作为下一圈扫描的的中心位置……这样不断往下进行，直到 电化学扫描完成，就可以得到共振角随时间变化的关系；恒电位保持和电流测量与所述的SPR信号测量同时进行，恒电位保持的流 程起始步骤后，选择步骤(710)，在采样时钟发生装置(34)的控制下，微 处理器(35)从电化学电压波形数据缓冲装置B (29)中提取当前时刻波形数据 中对应的电压数据；选择步骤(720),电压数据经数模转换(17)产生对应电 压信号输出；步骤(730)，电压信号送入输入缓冲放大器(18)同向输入端； 选择步骤(740)，由电极RE (19)得到的电压信号经输入缓冲放大器(18)进 行放大后送到输入缓冲放大器(18)反向输入端；选择步骤(750)，输入缓冲 放大器(18)同向输入端与输入缓冲放大器(18)反向输入端进行比较，控制 输入缓冲放大器(18)输出电压，使电极RE (19)达到恒电位；电流测量的流程起始步骤后，选择步骤(510)，由电流计(15)得到电 极WE (16)的电流信号；选择步骤(520)，电流信号经可编程运算放大器(14) 调理后输入到模数转换B (13)，转换成数据信号；选择步骤(530)，数据信号 由微处理器(35)暂存在电化学结果数据缓冲装置B (33)中；选择步骤(540)， 数据信号由微处理器(35)经USB接口 (12)传到上位机；选择步骤(550)，数 据信号与SPR信号测量的流程的结果数据一起分别转至电化学数据处理装置(2) 和SPR数据处理装置(3)，最后由数据可视化装置(1)显示。
全文摘要
本发明涉及往返循环跟踪表面等离子体角动态变化的测量方法。它有往返循环角度扫描模式的测量方法；往返循环角度扫描模式与循环伏安法结合的测量方法；往返循环角度扫描模式与恒电压方法结合的测量方法。本发明的测量方法，不易受背景光的影响，噪声稳定；采集的表面等离子体角的变化为真正的共振角度的变化，能够真实反映固/液界面薄膜性质和厚度等的动态变化，现场获得准确的动力学信息；进一步提高了表面等离子体共振测量方法的灵敏度和稳定性；最重要是小角度范围内振荡检测SPR角，极大提高了表面等离子体共振方法的时间分辨率；还可以用于多种不同仪器联用的时间分辨测量，特别是与电化学的结合联用。可以用在众多的生物分子相互作用过程甚至小分子动力学研究的测量，是表面等离子体共振传感器动力学测量的一种崭新的方法。
文档编号G01N27/48GK101113952SQ20071005531
公开日2008年1月30日 申请日期2007年2月5日 优先权日2007年2月5日
发明者冯云祥, 李风华, 杨贵福, 利 牛, 伟 王, 袁福宇 申请人:中国科学院长春应用化学研究所