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专利名称：一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及金属离子检测领域，尤其是一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置及其检测方法。
背景技术：
传统的铜离子检测装置利用原子吸收光谱分析法、电感耦合等离子发射光谱法等，它们都需要对样品进行预处理，检测过程繁琐，而且一般为大型分析仪器，需要在实验室内完成，无法用于现场检测，并且检测时间长，难以适应实际需求。近年来出现针对铜离子的快速现场小型检测仪器，这些相关仪器由于适用范围窄、结构复杂、材料制备困难、产品成本高或检测设备稳定性等原因，无法在实验室外部环境中实现原位快速精确检测铜离子浓度。

发明内容
本发明的首要目的在于提供一种低成本，便携式，能够适应铜离子快速、准确、现场检测的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，包括激光器，激光器发出激光的一侧设置比色皿，比色皿位于激光器和反射镜之间，比色皿下方设置滤光片，滤光片下方设置光电探测器，光电探测器通过放大器与微处理器的信号输入端相连，微处理器的信号输出端与显示屏相连。本发明还公开了一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置的检测方法，该方法包括下列顺序的步骤
(1)打开激光光源，向比色皿中加入定量的水，微处理器自动读取输出数值作为调零数
值；
(2)冲洗比色皿后，向比色皿中加入定量的水以及定量的量子点溶液，显示屏显示荧光信号的数值Dl，并自动保存该数值；
(3)再向比色皿中加入定量的待检测铜离子溶液，微处理器自动读取保存加入铜离子溶液后的荧光信号的数值D2;
(4)微处理器将保存的两数值之差，即D1-D2，对照待检测铜离子标准变化曲线，计算出待检测铜离子的浓度，显示器显示该浓度数值。由上述技术方案可知，本发明采用较低成本的激光器、比色皿和滤光片，降低了系统硬件设备成本；采用量子点溶液作为铜离子淬灭试剂，量子点溶液获取简单，淬灭速度快。这就使得铜离子检测灵敏度高、检测时间短、结构简单，适合于外部环境中的铜离子快速现场检测。


图1是本发明的结构原理框图； 图2是本发明的电路框图。
具体实施例方式一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，包括激光器1，激光器1发出激光的一侧设置比色皿2，比色皿2位于激光器1和反射镜3之间，比色皿2下方设置滤光片4，滤光片4下方设置光电探测器5，光电探测器5通过放大器与微处理器6的信号输入端相连， 微处理器6的信号输出端与显示屏相连，所述的显示屏为IXD显示屏9，供用户读取。IXD 显示屏9具有平面直角、成本低、画面显示不变形、轻薄短小耗能少、携带方便且同时要与现有的影像信号技术兼容等特点，适合便携式仪器显示低能耗、低成本轻薄等要求。如图1、2所示，激光器1自带温度补偿电路，是为了激光器1能拥有稳定的输出波长和功率，这样激发的荧光信号强度才能稳定，为后续的荧光检测奠定基础。如图2所示，所述的光电探测器5采用PIN光电二极管，所述的放大器由前级放大器7和滤波放大器8组成，PIN光电二极管与前级放大器7的输入端相连，前级放大器7的输出端与滤波放大器8的输入端相连，所述的微处理器6采用S3CM40芯片，滤波放大器8 的输出端与S3CM40芯片的A/D转换单元相连，S3C2440芯片的I/O 口与显示屏相连。所述的前级放大器7采用MAX4488放大器，所述的滤波放大器8采用0P07芯片。PIN光电二极管采集荧光信号，将荧光转化为电流值，通过MAX4488放大器把电流值转化为电压值。由于前级的电流转化为电压和环境引入大量的高频干扰，使用滤波放大器8 二阶低通滤波获取有用的电压信号，并通过后级放大电路放大为AD转化可处理的信号。如图2所示，PIN光电二极管将采集到的荧光信号转化为光电流，再经低噪声、低失真的MAX4488放大器将光电流转化为电压。由于荧光信号的微弱与信号的干扰，必须使用具有高精度、低偏置电流的放大器，才能满足一定的信噪比。滤波是模拟信号采集所必需的步骤，荧光检测中必然会受到环境中电磁波、电源不稳定带来的干扰，滤波放大器8使用 0P07芯片，采用二阶压控电压源低通滤波滤除高频干扰，截止频率fc=lHZ。S3C2440芯片自带A/D转换单元，可以实现操作系统的移植和模拟数字信号的转换，还可以通过USB转串口线实现与电脑的通信。如图1所示，所述的激光器1和反射镜3分别位于比色皿2的左右两侧，比色皿2 放置在滤光片4上，滤光片4向下设置聚光镜10，聚光镜10向下设置光电探测器5，激光器 1、比色皿2和反射镜3位于同一水平中心轴线上，所述的比色皿2、滤光片4、聚光镜10和光电探测器5位于同一竖直中心轴线上。滤波片滤除激光信号透过激发出的荧光信号，通过的荧光信号被聚光镜10聚集，实现荧光信号准确、灵敏的采集。在检测时，首先，打开激光光源，向比色皿2中加入定量的水，微处理器6自动读取输出数值作为调零数值；其次，冲洗比色皿2后，向比色皿2中加入定量的水以及定量的量子点溶液，显示屏显示荧光信号的数值D1，并自动保存该数值；再向比色皿2中加入定量的待检测铜离子溶液，微处理器6自动读取保存加入铜离子溶液后的荧光信号的数值D2 ；最后，微处理器6将保存的两数值之差，即D1-D2，对照待检测铜离子标准变化曲线，计算出待检测铜离子的浓度，显示器显示该浓度数值。待检测铜离子标准变化曲线是根据荧光光谱仪检测的不同浓度铜离子猝灭荧光强度的变化建立模型，建立标准曲线，应用程序根据AD 转换变化数值对照标准曲线智能分析出铜的浓度并在显示屏上显示。量子点溶液可以被激光激发出荧光，由于量子点溶液表面可以进行不同功能单体修饰而使其对不同重金属离子具有特征选择性，而量子点溶液碲化镉对铜离子具有特征选择，所以向比色皿2中加入不同浓度铜对量子点碲化镉产生的荧光淬灭强度不同。选用波长为405nm紫色激光作为激发光源，打开激光光源，等待十分钟让激光器 1输出的激光功率稳定；向比色皿2中加入2000ul的水，微处理器6自动读取输出数值作为调零数值，约为0. 932V左右；冲洗比色皿2后，向比色皿2中加入1600ul的水和300ul 的量子点溶液碲化镉，混合均勻后等待5分钟，显示屏显示荧光信号的数值D1，并自动保存数值；再向比色皿2中加入IOOul的Cu离子溶液，混合均勻后等待五分钟，微处理器6自动读取保存加入金属后的荧光信号的数值D2 ；微处理器6最后根据保存的两数值之差，即 D1-D2，对照Cu离子标准变化曲线计算出本次加入的Cu离子的浓度，并在显示屏上显示浓度数值，检测出Cu离子浓度的范围为Ippb lOppm。选用波长为532nm的绿色激光作为激发光源，打开激光光源，等待十分钟让激光器1输出激光功率稳定；比色皿2中加入2000ul的水，微处理器6自动读取输出数值作为调零数值，约为0. 755V左右；冲洗比色皿2后向比色皿2中加入1600ul的水和300ul的量子点溶液碲化镉，混合均勻后等待5分钟，显示屏显示荧光信号的数值D1，并自动保存数值； 再向比色皿2中加入IOOul的Cu离子溶液，混合均勻后等待五分钟，微处理器6自动读取保存加入金属后的荧光信号的数值D2 ；微处理器6最后根据保存的两数值之差，即D1-D2， 对照Cu离子标准变化曲线计算出本次操作加入的Cu离子浓度，并在显示屏上显示浓度数值，检测出Cu离子浓度的范围为IOppb lOppm。
权利要求
1.一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，其特征在于包括激光器，激光器发出激光的一侧设置比色皿，比色皿位于激光器和反射镜之间，比色皿下方设置滤光片，滤光片下方设置光电探测器，光电探测器通过放大器与微处理器的信号输入端相连，微处理器的信号输出端与显示屏相连。
2.根据权利要求1所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，其特征在于所述的光电探测器采用PIN光电二极管，所述的放大器由前级放大器和滤波放大器组成，PIN光电二极管与前级放大器的输入端相连，前级放大器的输出端与滤波放大器的输入端相连， 所述的微处理器采用S3CM40芯片，滤波放大器的输出端与S3C2440芯片的A/D转换单元相连，S3C2440芯片的I/O 口与显示屏相连。
3.根据权利要求2所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，其特征在于所述的显示屏为IXD显示屏。
4.根据权利要求2所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，其特征在于所述的前级放大器采用MAX4488放大器，所述的滤波放大器采用0P07芯片。
5.根据权利要求1所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，其特征在于所述的激光器和反射镜分别位于比色皿的左右两侧，比色皿放置在滤光片上，滤光片向下设置聚光镜，聚光镜向下设置光电探测器，激光器、比色皿和反射镜位于同一水平中心轴线上， 所述的比色皿、滤光片、聚光镜和光电探测器位于同一竖直中心轴线上。
6.根据权利要求1所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置的检测方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)打开激光光源，向比色皿中加入定量的水，微处理器自动读取输出数值作为调零数值；(2)冲洗比色皿后，向比色皿中加入定量的水以及定量的量子点溶液，显示屏显示荧光信号的数值Dl，并自动保存该数值；(3)再向比色皿中加入定量的待检测铜离子溶液，微处理器自动读取保存加入铜离子溶液后的荧光信号的数值D2;(4)微处理器将保存的两数值之差，即D1-D2，对照待检测铜离子标准变化曲线，计算出待检测铜离子的浓度，显示器显示该浓度数值。
7.根据权利要求6所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测方法，其特征在于选用波长为405nm紫色激光作为激发光源，打开激光光源，等待十分钟让激光器输出的激光功率稳定；向比色皿中加入2000ul的水，微处理器自动读取输出数值作为调零数值，约为 0. 932V左右；冲洗比色皿后，向比色皿中加入1600ul的水和300ul的量子点溶液碲化镉， 混合均勻后等待5分钟，显示屏显示荧光信号的数值D1，并自动保存数值；再向比色皿中加入IOOul的Cu离子溶液，混合均勻后等待五分钟，微处理器自动读取保存加入金属后的荧光信号的数值D2 ；微处理器最后根据保存的两数值之差，即D1-D2，对照Cu离子标准变化曲线计算出本次加入的Cu离子的浓度，并在显示屏上显示浓度数值，检测出Cu离子浓度的范围为 Ippb IOppm0
8.根据权利要求6所述的便携式量子点荧光铜离子浓度检测方法，其特征在于选用波长为532nm的绿色激光作为激发光源，打开激光光源，等待十分钟让激光器输出激光功率稳定；比色皿中加入2000ul的水，微处理器自动读取输出数值作为调零数值，约为·0. 755V左右；冲洗比色皿后向比色皿中加入1600ul的水和300ul的量子点溶液碲化镉，混合均勻后等待5分钟，显示屏显示荧光信号的数值D1，并自动保存数值；再向比色皿中加入 IOOul的Cu离子溶液，混合均勻后等待五分钟，微处理器自动读取保存加入金属后的荧光信号的数值D2;微处理器最后根据保存的两数值之差，即D1-D2，对照Cu离子标准变化曲线计算出本次操作加入的Cu离子浓度，并在显示屏上显示浓度数值，检测出Cu离子浓度的范围为 IOppb IOppm0
全文摘要
本发明涉及一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置，包括激光器，激光器发出激光的一侧设置比色皿，比色皿位于激光器和反射镜之间，比色皿下方设置滤光片，滤光片下方设置光电探测器，光电探测器通过放大器与微处理器的信号输入端相连，微处理器的信号输出端与显示屏相连。本发明还公开了一种便携式量子点荧光铜离子浓度检测装置的检测方法。采用较低成本的激光器、比色皿和滤光片，降低了系统硬件设备成本；采用量子点溶液作为铜离子淬灭试剂，量子点溶液获取简单，淬灭速度快。检测灵敏度高、检测时间短、结构简单，适合于外部环境中的铜离子快速现场检测。
文档编号G01N21/64GK102269705SQ201110183650
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者任玉刚, 张忠平, 曾新华, 朱泽德, 李淼, 石怀文, 郑守国 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院