便携式等离激元增强拉曼光谱仪器集成关键技术研究

摘要

等离激元增强拉曼光谱技术采用经过特殊处理的金属（如金、银、铜等）作为活性基底，极大的增强了拉曼散射信号，并提高了信号的稳定性，在食品安全、环境监测、表面科学、材料分析、生物、医学等领域的痕量快速检测方面显示出巨大的潜力。
　　国家重大科学仪器设备开发专项子项目“PERS仪器系统集成”提出了开发便携式专用PERS(Plasmon-Enhanced Raman Spectroscopy)仪器，其包含进样子系统、粒子施加子系统、光学对焦子系统、光谱采集和处理子系统等模块，实现现场快速检测，达到非专业人员的无障碍、标准化操作。本文工作基于该子项目，研究了便携式PERS仪器的系统集成及其关键技术，主要内容包括:
　　1.软硬件系统的功能与需求分析:分别从功能、性能和安全性三个方面对系统需求做了分析，为系统设计和方案实施提供了设计原则。
　　2.基于PERS技术的液态基底检测系统设计与实现:确定了系统的基本原理和主要操作过程，将系统划分为人机交互、光谱仪控制、进样与粒子施加、机械结构四个子系统，设计加工了相关的光学机械电路零部件，在VS2010平台上用VC++语言实现了所有子系统的控制功能。
　　3.固态基底及浓缩样本检测系统的设计与实现:针对固态基底及浓缩样本检测系统在光学对焦上的特殊要求，在以上工作的基础上设计了两款专用对焦样品台，提出了一种自动对焦方法，使用优化的爬山算法控制步进电机实现了薄膜样品的自动对焦。
　　4.检测系统的应用与测试:将以上两套检测系统分别应用于食品中苯并芘和辣椒中罗丹明B以及地下水中砷和尿液中毒品体系，验证了上述两套PERS仪器的功能和性能指标，实验结果表明，本文研发的检测系统具有便携、准确、高效的特点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 等离激元增强拉曼光谱概述

1．2 便携式拉曼光谱仪器发展现状

1．3 PERS仪器系统集成概述

1．4本文主要研究内容

第二章 便携式等离激元增强拉曼光谱仪器系统集成需求分析

2．1 需求分析概述

2．2 系统集成需求分析

2．2．1 功能需求分析

2．2．2 性能需求分析

2．2．3 安全性分析

2．3 本章小结

第三章 基于PERS技术的液态基底检测系统原理及设计实现

3．1 基于PERS技术的液态基底检测系统基本设计原理

3．2 基于PERS技术的液态基底检测系统及各子系统设计与实现

3．2．1 人机交互界面

3．2．2 光谱仪控制子系统

3．2．3 粒子施加控制子系统

3．2．4 机械结构

3．3 本章小结

第四章 基于PERS技术的固态基底和浓缩样本检测系统原理及设计实现

4．1 基于PERS技术的固态基底检测系统基本设计原理

4．2 基于PERS技术的固态基底检测系统及各子系统设计与实现

4．2．1 人机交互界面

4．2．2 光谱仪控制子系统

4．2．3 对焦子系统

4．2．4 机械结构

4．3 本章小结

第五章 基于PERS技术的液态基底、固态基底及浓缩样本检测系统的测试及应用

5．1 检测系统的测试

5．2 检测系统的应用

5．2．1 液态基底检测系统应用到食用油中苯并芘检测

5．2．2 液态基底检测系统应用到辣椒中罗丹明B检测

5．2．3 固态基底及浓缩样本检测系统应用到地下水中砷检测

5．2．4 固态基底及浓缩样本检测系统应用到尿液中毒品检测

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

攻读硕士学位期间参与的科研情况

致谢