一种用于液体原位拉曼光谱分析的检测模组

1.本发明涉及拉曼光谱分析领域，尤其是涉及一种用于液体原位拉曼光谱分析的检测模组。


背景技术：

2.拉曼光谱分析以能实现简单快捷、无损免分离、原味无损、高效直接地测定分子振动峰并定性其中各目标物，尤其是多组分有机样品的检测而广受关注。但是原位拉曼光谱分析的信号普遍偏弱，需要长时间地采集并累加信号强度，即存在一定的延时性。而流体样品流动不稳定，难于完成拉曼信号的定点采集，尤其在高流速、低浓度、多组分的流体分析中效果更甚。对此，往往需要工作人员额外进行设点取样，既容易破坏原位样品的时效性，并引入新的环境污染，又增加了繁琐的检测步骤，不利于产线应用。对此，人们提出从信号回收方式、目标样品富集等方面提高原位拉曼分析灵敏度，主要通过设计多功能型采样/检测基底来完成。
3.现阶段已有的拉曼光谱检测基底种类多样，平面型、凹槽型、3d锥型、sers等样式较多，结合特殊构造的基底和磁性材料、靶向基团、过滤膜等功能性地富集、增强液体样品中的目标成分，并提高拉曼信号的回收效率来实现对低浓度待测分子的快速准确分析，这类检测基底普遍易于批量复制，经济实惠且有效。但是，针对液体样品的检测常使用通用型的比色皿检测池，它不具备采样富集功能，检测方式为透过式分析，无明显的富集功能，对检测的助益低。采用平面/非球面基底会导致不同激光照射区域下的样品量少且浓度不均一，不利于液体样品的聚焦检测和准确的定性分析。利用sers增强基底势会使用到贵金属材料，极可能对样品环境造成污染和破坏。为实现富集增强检测，也有拉曼光谱检测基底通过复合磁性材料、筛选过滤材料、靶向识别基团等成分，制备了多功能的专用型检测基底，此类多功能基底通常制备复杂，需要修饰核酸、抗体、多肽等昂贵材料，批量生产消耗大，不适用于产线上的高通量原位检测。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种信号强度高、不污染样品、便捷高效的用于液体原位拉曼光谱分析的检测模组。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种用于液体原位拉曼光谱分析的检测模组，包括：
7.半球形凹槽卡扣采样基底，由半球形凹槽，凹槽通道口以及平板支架组成，所述半球形凹槽内曲面光滑，球心设于切面中，切面边缘前后延长为八边形形成引流平面；所述凹槽通道口设于半球形凹槽上方，切面为引流平面；所述平板支架设于凹槽通道口两侧，且平板支架边缘设有卡扣，用于挂靠至立方形蓄水池滑轨上；
8.立方形蓄水池，包括蓄水池主体、进水口和出水口，所述进水口和出水口低于蓄水池主体的边缘，所述蓄水池主体左右两边池璧上设有滑轨，所述滑轨上设有至少三级阶梯
式档位；
9.所述半球形凹槽卡扣采样基底设于立方形蓄水池上方。
10.所述三级阶梯式档位设为：
11.当半球形凹槽卡扣采样基底通过卡扣挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上时，半球形凹槽卡扣采样基底底部边缘低于进/出水口底部5mm；
12.当半球形凹槽卡扣采样基底通过卡扣挂靠于立方形蓄水池滑轨第三级档位上时，半球形凹槽卡扣采样基底底部边缘低于进/出水口底部5mm且半球形凹槽卡扣采样基底与出水口间有间隔。
13.所述蓄水池主体边长不小于10厘米且不大于50厘米。
14.所述半球形凹槽直径不大于5厘米。
15.所述半球形凹槽直径为2厘米。
16.当样品流速为0～1cc/min时，所述立方形蓄水池边长为10厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上且靠近立方形蓄水池的进水口；
17.当样品流速为1-1000cc/min时，所述立方形蓄水池边长为10厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上，且根据流速大小在第一级档位上滑动以控制半球形凹槽内样品流速。
18.所述检测模组还包括多立柱卡尺阻流部件，所述多立柱卡尺阻流部件的顶部形状与凹槽通道口形状匹配，底部由圆柱形立柱均匀铺就，立柱圆心间间隔大于立柱直径。
19.所述圆柱形立柱直径为2毫米，立柱圆心间间隔为3毫米。
20.当样品流速为1000-3000cc/min时，所述立方形蓄水池边长不小于10厘米且不大于15厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第二级或更高级档位上，多立柱卡尺阻流部件设于半球形凹槽卡扣采样基底上方；
21.当样品流速为3000cc/min以上时，所述立方形蓄水池边长为不小于15厘米且不大于20厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第三级档位上，多立柱卡尺阻流部件设于半球形凹槽卡扣采样基底上方。
22.所述半球形凹槽卡扣采样基底材料为普通玻璃或石英玻璃，所述立方形蓄水池和多立柱卡尺阻流部件材料为玻璃、不锈钢或聚四氟乙烯。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.(1)本发明利用半球形凹槽设计来盛载液体样品并富集光谱信号，同时有效缓冲流体流速，相较直接检测或平面基地检测方式，信号强度提升2-10倍。
25.(2)本发明针对不同流速选择不同档位，以及搭配多立柱卡尺阻流部件可以实现对流速的控制，可以大大降低半球形凹槽采样池中流体样品的流速并保持稳定，实现在原位定点区域完成拉曼光谱分析等延时性检测，满足多种情况下的流体分析。
26.(3)针对高流速流体样品检测，通过利用半球形凹槽卡扣采样基底和立方形蓄水池的分流作用以及多立柱卡尺阻流部件的阻流和湍流效应阻挡流体冲刷采样池，并有效降低流体的局部流速，实现原位采样的同时可进行定点检测。
27.(3)本发明检测模组浸没于流体中，池中样品随流体流动而不断更新，实现了在不破坏样品原始状态的情况下完成采样，不会对样品造成破坏或污染。
28.(4)本发明的凹槽采样池是用石英或玻璃为材质制备得到，内曲面光滑；凹槽呈规
则半球形，球心处在基底周围平面水平切面内，有效增加了拉曼信号采集效率。
29.(5)本发明的检测基底结构简单，易于复制，大批量生产成本低，适用于产线上的高通量原位检测。
附图说明
30.图1为本发明的检测模组结构示意图，其中，1-半球形凹槽卡扣采样基底，2-立方形蓄水池，3-多立柱卡尺阻流部件；
31.图2为半球形凹槽卡扣采样基底结构示意图，其中，4-滑轨卡扣，5-导流腔，6-导流板，7-样品池，8-支撑板；
32.图3为本发明的立方形蓄水池结构示意图，其中，9-流体池，10-滑轨一阶，11-滑轨二阶，12-滑轨三阶，13-导管口；
33.图4为本发明的多立柱卡尺阻流部件结构示意图，其中，14-检测窗口，15-齿扣板，16-长阻流柱，17-短阻流柱；
34.图5为本发明在样品流速为0～1cc/min时应用示意图；
35.图6为本发明在样品流速为1-1000cc/min时应用示意图；
36.图7为本发明在样品流速为1000-3000cc/min时应用示意图；
37.图8为本发明在样品流速为3000cc/min以上时应用示意图；
38.图9为半球形凹槽不同半径的增强效果对比图；
39.图10为半球形凹槽半径为2厘米时的原位拉曼光谱检测增强测试图。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
41.一种用于液体原位拉曼光谱分析的检测模组，如图1所示，包括：
42.(1)半球形凹槽卡扣采样基底
43.如图2所示，球形凹槽卡扣采样基底由半球形凹槽，凹槽通道口以及平板支架组成，所述半球形凹槽内曲面光滑，球心设于切面中，切面边缘前后延长为八边形形成引流平面；所述凹槽通道口设于半球形凹槽上方，切面为引流平面，用于控制流体流入量；所述平板支架设于凹槽通道口两侧，且平板支架边缘设有卡扣，用于挂靠至立方形蓄水池滑轨上。
44.所述半球形凹槽直径不大于5厘米且直径2厘米最适合进行原位拉曼光谱检测。不同球半径的凹槽基底的增强效果对比图如图9所示，球半径为2cm的凹槽基底拉曼检测增强测试图如图10所示。
45.半球形凹槽卡扣采样基底由普通玻璃或石英玻璃制成，石英玻璃材质效果更佳。
46.(2)立方形蓄水池
47.如图3所示，立方形蓄水池包括蓄水池主体、进水口和出水口，所述进水口和出水口低于蓄水池主体的边缘，所述蓄水池主体左右两边池璧上设有滑轨，所述滑轨上设有至少三级阶梯式档位。
48.所述三级阶梯式档位设为：
49.当半球形凹槽卡扣采样基底通过卡扣挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上时，半球形凹槽卡扣采样基底底部边缘低于进/出水口底部5mm；
50.当半球形凹槽卡扣采样基底通过卡扣挂靠于立方形蓄水池滑轨第三级档位上时，半球形凹槽卡扣采样基底底部边缘低于进/出水口底部5mm且半球形凹槽卡扣采样基底与出水口间有间隔。
51.所述蓄水池主体边长不小于10厘米且不大于50厘米。
52.所述蓄水池主体由玻璃、不锈钢、聚四氟乙烯等不易腐蚀的材料制成。
53.(3)多立柱卡尺阻流部件
54.如图4所示，所述多立柱卡尺阻流部件的顶部形状与凹槽通道口形状匹配，底部由圆柱形立柱均匀铺就，立柱圆心间间隔大于立柱直径。
55.所述圆柱形立柱直径为2毫米，立柱圆心间间隔为3毫米。
56.所述多立柱卡尺阻流部件由玻璃、不锈钢、聚四氟乙烯等密度足够且不易腐蚀的材料制成。
57.针对不同样品流速，利用上述部件的不同组合，可以有效控制凹槽采样池中流体的流速，以适用于不同情况下的原位光谱分析。
58.当样品流速为0～1cc/min时，如图5所示，所述立方形蓄水池边长为10厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上且靠近立方形蓄水池的进水口；
59.当样品流速为1-1000cc/min时，如图6所示，所述立方形蓄水池边长为10厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第一级档位上，且根据流速大小在第一级档位上滑动以控制半球形凹槽内样品流速；
60.当样品流速为1000-3000cc/min时，如图7所示，所述立方形蓄水池边长不小于10厘米且不大于15厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第二级或更高级档位上，多立柱卡尺阻流部件设于半球形凹槽卡扣采样基底上方；
61.当样品流速为3000cc/min以上时，如图8所示，所述立方形蓄水池边长为不小于15厘米且不大于20厘米，半球形凹槽卡扣采样基底挂靠于立方形蓄水池滑轨第三级档位上，多立柱卡尺阻流部件设于半球形凹槽卡扣采样基底上方。
62.半球形凹槽卡扣采样基底和立方形蓄水池在使用前以强酸和醇碱溶液清洗，可改善基底亲水性，阻流效果更好。
63.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。