一种基于纳米多层结构增强的流体物质检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学技术领域，涉及一种物质检测方法，特别是一种基于纳米多层结构增强的流体物质检测方法，主要应用于物质分析、食品安全、质量检测、环境监测、生物研宄、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、等领域中的流体物质检测。
【背景技术】
[0002]物质检测需求广泛存在于物质分析、食品安全、质量检测、环境监测、生物研宄、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、等领域，并且这些领域对物质检测的要求越来越高。在先技术中存在物质检测技术，被称为针尖增强拉曼光谱技术，基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应发展起来的一种散射光谱检测方法，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动转动等方面信息。在激光器被发明使用之后得到了快速的发展，由于拉曼散射强度大约为瑞利散射的千分之一，所以传统拉曼散射非常弱，在拉曼光谱检测系统中，为了得到拉曼光谱信息，需要对拉曼信号进行增强，提高信噪比，出现了针尖增强拉曼光谱技术，(参见论文B.Pettinger, et.al.Nanoscalprobing of absorbed species by tip-enhanced Raman spectroscopy.Phys.Rev.Lett.2004, 92, 096101，以及参见美国专利，专利名称:High contrast tip-enhancedRaman spectroscopy，发明人:Alexei P.Sokolov, Alexander Kisliuk, Disha Mehtant,Ryan D.Hartschuh, Nam-Heui Lee，专利号:US7656524B2，专利授权时间:2010 年 2 月 2曰)，现在技术尽管其存在一定的优点，仍然存在本质不足，由于只有一个小的针尖处起到增强作用，导致拉曼信号减弱，并且针尖容易被污染，探测信号容易被干扰，因此探测信号易于偏离真值，灵敏度不高，针尖影响探测系统构建的灵活性，本检测方法对被检测物的材料特性存在要求，难于应用在气态物质检测中，限制了应用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种基于纳米多层结构增强的流体物质检测方法，具有高灵敏度、高信噪比、被检测物形态和物质多样、系统易于构建、应用范围广、功能易于扩充等特点。
[0004]本发明的基本构思是:基于纳米多层结构增强拉曼原理，纳米多层结构部件上设置有纳米尖峰结构层，并且在纳米尖峰结构层的表面设置有金属纳米和惰性材料纳米层，被检测流体经过纳米多层结构的区域，激光拉曼散射，由拉曼光谱探测器检测到被检测物的拉曼信息，经过拉曼光谱分析，实现被检测流体物质特性信息的检测。
[0005]本发明的一种基于纳米多层结构增强的流体物质检测方法，其具体的技术方案如下:
步骤(I)构建纳米多层结构部件，纳米多层结构部件上设置有纳米尖峰结构层，在纳米多层结构部件上的纳米尖峰结构层表面依次设置有金属纳米层和惰性材料纳米层；
步骤(2)将纳米多层结构部件设置在检测容器的内壁上，并且纳米尖峰结构层朝向内侦牝检测容器的内壁上至少设置一个纳米多层结构部件，在检测容器的未设置有纳米多层结构部件的壁上开有流体入口、流体出口、拉曼激发光窗口和拉曼探测窗口 ；
步骤(3)被检测流体由流体入口流入到检测容器中，经过被检测区域，从流体出口流出，在被检测流体流经纳米多层结构部件的纳米尖峰结构层同时，激光光源出射的激光光束通过拉曼激发光窗口入射到检测容器内，照射到纳米多层结构部件的被检测区域，被检测流体的拉曼散射光经过拉曼探测窗口出射后被拉曼光谱探测器检测；所述的被检测区域为纳米多层结构部件所对应的区域；
步骤(5)通过对拉曼光谱探测器检测探测到的拉曼光谱数据进行分析，得到被检测流体的物质特性信息。
[0006]所述的纳米多层结构部件上的纳米结构通过光刻、纳米压印、离子刻蚀或纳米机械加工的方法制备。
[0007]所述的纳米多层结构部件上的金属纳米层和惰性材料纳米层通过镀膜、沉积或自组织的方法加工。
[0008]所述的激光光源为气体激光器、固态激光器、染料激光器、半导体激光器的一种。
[0009]所述的拉曼光谱探测器为色散式拉曼光电探测器、滤光片式拉曼光电探测器、显微拉曼探测器的一种。
[0010]本发明中纳米尖峰结构加工、纳米层制备、流体流动控制、机械结构加工成型、拉曼信号采集处理技术、激光激发拉曼均为成熟技术。本发明的发明点在于基于纳米多层结构增强拉曼原理，给出一种高灵敏度、高信噪比、被检测物形态和物质多样、系统易于构建、应用范围广、功能易于扩充的基于纳米多层结构增强的流体物质检测方法。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点:
1)在先技术中的针尖增强拉曼光谱技术存在拉曼信号减弱，并且针尖容易被污染，探测信号容易被干扰，因此探测信号易于偏离真值，灵敏度不高，针尖影响探测系统构建的灵活性的不足。本发明基于纳米多层结构增强拉曼原理，纳米多层结构由纳米尖峰结构层，并且在纳米尖峰结构层的表面设置有金属纳米和惰性材料纳米层，纳米多层结构上的每个纳米尖峰作用相当于一个增强探针，并且由于存在外层的惰性纳米层的隔绝作用，本发明从本质上消除了针尖容易被污染、探测信号容易被干扰、探测信号易于偏离真值的情况，并且具有灵敏度高、信噪比高、易于构建等特点；
2)在先技术中对被检测物质要求较高，由于基于但探针检测，可以检测高分子浓度物质，无法检测低分子浓度的物质，比如气体或稀薄溶液。本发明采用纳米多层结构增强拉曼原理，拉曼信号得到很大的增强，可以检测低分子浓度的物质，可以检测液态和气态物质，增加了检测方法的应用范围