一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，包括器件柱體、濾頭、過濾篩板、樣品導(dǎo)流腔、檢測(cè)基底、固定器、定位器、橡膠墊、活塞、彈簧固定器、連桿和擠壓套管。濾頭位于器件柱體的最前端；距其一定距離處設(shè)有過濾篩板；篩板與樣品導(dǎo)流腔連接，導(dǎo)流腔上設(shè)有檢測(cè)基底，后端設(shè)有引流管；檢測(cè)基底上方設(shè)有固定器，引流管后端設(shè)有定位器，具有可拆卸和固定密封橡膠墊的功能；橡膠墊后方一定距離處設(shè)有活塞，活塞兩側(cè)分別與帶有導(dǎo)氣孔的導(dǎo)氣針和連桿連接，連桿與擠壓套管連接；活塞后端的檢測(cè)器件內(nèi)壁設(shè)有彈簧固定器，彈簧兩端分別與彈簧固定器和擠壓套管內(nèi)壁連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于攜帶、快速檢測(cè)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于拉曼光譜現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)器件。

【背景技術(shù)】
[0002]火災(zāi)的發(fā)生給人們生產(chǎn)生活與社會(huì)和諧穩(wěn)定造成了嚴(yán)重的影響?；馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)的物證鑒定是火災(zāi)原因調(diào)查的重要組成部分，可為查明起火原因提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐，通過分析火災(zāi)原因發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律也有助于預(yù)防和減少同類事故的再次發(fā)生。
[0003]有機(jī)化合物在人們生產(chǎn)、生活中廣泛存在，獲知火場(chǎng)中此類燃燒殘留物的化學(xué)成分、含量組成、分子特性以及空間分布、存在方式、變化特點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)分析火災(zāi)成因、迅速查明火災(zāi)原因、防范并控制火災(zāi)誘因具有重要意義。由于經(jīng)歷火燒高溫、氧化反應(yīng)、滅火進(jìn)程以及與周邊物質(zhì)的相互作用，殘留的有機(jī)物往往以微量甚至痕量的形式存在，而且在火場(chǎng)環(huán)境下受揮發(fā)作用、水等因素影響極易損失。
[0004]因此，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)殘留物進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測(cè)，對(duì)確保物證鑒定的時(shí)效性、迅速掌握關(guān)鍵線索、盡快查明火災(zāi)原因、及時(shí)采取措施，具有十分重要的意義。
目前，火場(chǎng)殘留有機(jī)物證的檢測(cè)主要在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。在檢測(cè)方法上，由于一般的光譜技術(shù)檢出能力有限且難以有效區(qū)分混合物，國(guó)內(nèi)外主要利用色譜(聯(lián)用)技術(shù)良好的分離及定性特點(diǎn)對(duì)有機(jī)物證進(jìn)行檢測(cè)分析從而鑒別物質(zhì)的種類。然而由于經(jīng)歷火災(zāi)高溫、氧化反應(yīng)、滅火進(jìn)程以及與周邊物質(zhì)的相互作用，有機(jī)物往往以微量甚至痕量的形式存在，這種超低濃度的檢測(cè)對(duì)于色譜技術(shù)始終是一個(gè)不易突破的瓶頸，火場(chǎng)殘留的滅火用水也極不利于氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用。在實(shí)際工作中，尤其對(duì)于疑似放火、爆炸等火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，公安消防部門需要在第一時(shí)間及時(shí)查明火災(zāi)原因、確定火災(zāi)性質(zhì)，同時(shí)為了避免有機(jī)物證在復(fù)雜火場(chǎng)環(huán)境下的迅速流失，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)具有十分重要的意義。但是色譜技術(shù)在應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，需要樣品提取、分離、富集等復(fù)雜的制備步驟以及外接載氣或溶劑作為流動(dòng)相，此外分析儀器本身體積大、操作復(fù)雜、分析時(shí)間長(zhǎng)，這些限制因素對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作將造成非常不利的影響?？傊捎谌鄙傧到y(tǒng)的研究和有效的檢測(cè)分析手段，物證的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)及其時(shí)效性尚無法得到有力保障。
[0005]表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(SurfaceEnhanced Raman Scattering一SERS)是一種直接快速的光譜技術(shù)，可提供其它檢測(cè)技術(shù)所不易達(dá)到的、甚至單分子檢測(cè)水平，具有檢出能力高、指紋特征性強(qiáng)、檢測(cè)范圍廣、分析時(shí)間短、靈敏度高、無損原位分析、水干擾小等優(yōu)點(diǎn)，且儀器便攜、操作簡(jiǎn)便、不需要復(fù)雜的樣品前處理和流動(dòng)相等條件。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)火場(chǎng)中高污染、復(fù)雜多樣、受滅火用水影響大、微量甚至痕量殘留的有機(jī)物證的快速檢測(cè)，無疑是一個(gè)非常理想的選擇。
[0006]由于表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)是基于被測(cè)物與金屬納米結(jié)構(gòu)表面之間的相互作用，因此具有一定納米尺度和形貌的材料基底對(duì)于SERS檢測(cè)至關(guān)重要。而在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于殘留的化合物的檢測(cè)，更需要便攜式、小型化、裝配有SERS活性基底的檢測(cè)器件和拉曼散射光譜聯(lián)合使用得以實(shí)現(xiàn)。
[0007]因此，針對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)物證快速檢測(cè)的需要，設(shè)計(jì)開發(fā)一種用于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，為公安消防部門現(xiàn)場(chǎng)物證工作提供有效、快速的新技術(shù)手段，有著積極的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于針對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)物證快速檢測(cè)的需要，提供一種小型、便攜、具有快速提取和增強(qiáng)拉曼信號(hào)功能的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件。
[0009]本發(fā)明提出的一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，包括器件柱體、濾頭和擠壓套管，其中:
所述濾頭設(shè)置于器件柱體的最前端，擠壓套管置于器件柱體的后端；
所述器件柱體內(nèi)設(shè)有過濾篩板、樣品導(dǎo)流腔、檢測(cè)基底、引流管、定位器、橡膠墊、導(dǎo)氣針、導(dǎo)氣孔、活塞和彈簧固定器，距濾頭一定距離處設(shè)有過濾篩板；過濾篩板與樣品導(dǎo)流腔連接，樣品導(dǎo)流腔上設(shè)有檢測(cè)基底，后端設(shè)有引流管；檢測(cè)基底上方設(shè)有連接拉曼光纖探頭用的固定器，所述固定器位于器件柱體表面，所述固定器設(shè)有透光窗體，并具有開啟/密閉功能；樣品導(dǎo)流腔的引流管后端設(shè)有具有螺紋接口的定位器，所述定位器通過螺紋連接固定于器件柱體內(nèi)，所述定位器與器件柱體內(nèi)連接處通過橡膠墊密封；所述定位器具有可拆卸和密封橡膠墊的功能；橡膠墊后方一定距離處設(shè)有活塞，活塞前端與帶有導(dǎo)氣孔的導(dǎo)氣針連接；活塞后端設(shè)有彈簧固定器，彈簧固定器與器件柱體內(nèi)壁連接；所述濾頭設(shè)有第一濾孔，用于濾除較大雜質(zhì)，并使液體通過；所述過濾篩板設(shè)有第二濾孔，所述第二濾孔的孔徑小于第一濾孔的孔徑，所述第二濾孔用于去除較小固體雜質(zhì)，并使液體通過；
所述擠壓套管內(nèi)設(shè)有連桿和彈簧，連桿一端與活塞連接，連桿另一端與擠壓套管內(nèi)壁連接；彈簧一端與彈簧固定器連接，彈簧另一端與擠壓套管內(nèi)壁連接。
[0010]本發(fā)明中，所述器件柱體長(zhǎng)徑比為1:1?40:1。
[0011]本發(fā)明中，所述濾頭形狀為半圓形或圓錐形。
[0012]本發(fā)明中，所述第二濾孔的孔徑與第一濾孔的孔徑比為1:2?1:1000。
[0013]本發(fā)明中，所述濾頭上第一濾孔與濾頭的孔徑比為1:5?1:20。
[0014]本發(fā)明中，所述檢測(cè)基底為硅或二氧化硅材質(zhì)上修飾有金/銀納米粒子的表面增強(qiáng)拉曼活性基底，或商品化芯片式的表面增強(qiáng)拉曼基底中任一種。
[0015]本發(fā)明一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件的有益效果在于: (O結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于攜帶，可應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)液體物證的分離提?。?br> (2)通過與拉曼探測(cè)光纖連接，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)微痕量物證的表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)；
(3)經(jīng)檢測(cè)的樣品可以留存在檢測(cè)器件中，便于物證保存和后續(xù)分析；
(4)采用負(fù)壓采集的方法，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物證進(jìn)行多次提取，以滿足檢測(cè)的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件的示意圖；
圖2為實(shí)施例1 TNT模擬樣的SERS譜圖；
圖3為實(shí)施例2采用的S12OAuNps@C6的SERS檢測(cè)材料； 圖4為實(shí)施例2采用的S12OAuNps@C6檢測(cè)材料SEM照片；
圖5為實(shí)施例2萘模擬樣的SERS譜圖；
圖中標(biāo)號(hào):1、器件柱體，2、濾頭，3、過濾篩板，4、樣品導(dǎo)流腔，5、檢測(cè)基底，6固定器，6a和6b為固定光纖探頭用的卡扣，7、引流管,8、定位器,9、橡膠墊，10、導(dǎo)氣針，11、導(dǎo)氣孔，12、活塞，13、彈簧固定器,14、連桿，15、彈簧，16、擠壓套管。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0018]實(shí)施例1:如圖1所示，本裝置含有器件柱體1，濾頭2，過濾篩板3，樣品導(dǎo)流腔4，檢測(cè)基底5,固定器6及其固定卡扣6a和6b,引流管7,定位器8,橡膠墊9,導(dǎo)氣針10,導(dǎo)氣孔11，活塞12，彈簧固定器13，連桿14，彈簧15，擠壓套管16。其中:濾頭2設(shè)置在器件柱體I的最前端；距其f 2cm處設(shè)有過濾篩板3 ;過濾篩板3與樣品導(dǎo)流腔4連接，樣品導(dǎo)流腔4上設(shè)有檢測(cè)基底5，后端設(shè)有引流管7 ;檢測(cè)基底5上方設(shè)有連接光纖探頭用的固定器6，固定器6設(shè)有透光窗體，并具有開啟/密閉功能；樣品導(dǎo)流腔4的導(dǎo)流管7后端設(shè)有螺紋接口的定位器8，具有可拆卸和固定密封橡膠墊9的功能；橡膠墊9后方5lcm處設(shè)有活塞12，活塞12 —側(cè)與帶有導(dǎo)氣孔11的導(dǎo)氣針10連接，另一側(cè)與連桿14連接，連桿14與擠壓套管16內(nèi)壁連接；活塞12后端設(shè)有彈簧固定器13，彈簧固定器13分別與器件柱體I內(nèi)壁和彈簧15連接，彈簧15另一端與擠壓套管16連接。
[0019]所述檢測(cè)器件柱體長(zhǎng)徑比約為8:1?12:1 ;
所述濾頭形狀為圓錐形；
所述第二濾孔的孔徑與第一濾孔的孔徑比為1:100?1:150 ；
所述濾頭上第一濾孔與濾頭的孔徑比為1:6?1:10 ；
所述檢測(cè)基底為雷尼紹診斷技術(shù)公司的Klarite SERS芯片。
[0020]本發(fā)明的操作步驟如下:
(1)打開固定器6JfKlarite SERS芯片檢測(cè)部分安裝在檢測(cè)器件的檢測(cè)基底位置，關(guān)閉固定器6，將檢測(cè)器件前端濾頭I插入含有2，4，6-三硝基甲苯(TNT)和固體雜質(zhì)的液體模擬樣品中，按下擠壓套管16 ；
(2)通過擠壓套管16擠壓彈簧15，同時(shí)也帶動(dòng)連桿14及活塞12前進(jìn)，使導(dǎo)氣針10刺入橡膠墊9并深入最大距離，導(dǎo)氣孔11不觸及橡膠墊9 ；
(3)緩慢放開擠壓套管16，在彈簧的作用力下，擠壓套管16、連桿14及活塞12向后，使得橡膠墊圈9和活塞12之間形成負(fù)壓；
(4)在導(dǎo)氣針10及其導(dǎo)氣孔11的連通條件下，負(fù)壓傳遞至橡膠墊9另一側(cè)腔體，將濾頭2外部的液體吸入檢測(cè)器件中，濾頭2和過濾篩板3可分級(jí)濾除液體樣品中不同大小的固體雜質(zhì)，避免固體物堵塞濾頭網(wǎng)孔；
(5)含有TNT的液體樣品通過濾頭2和過濾篩板3后，進(jìn)入樣品導(dǎo)流腔4，通過檢測(cè)基底5后由引流管引入下方的腔體。導(dǎo)氣針則緩慢的拔出，整個(gè)過程始終保持負(fù)壓狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)氣針完全拔出后，橡I父塾將樣品隔尚并保存于檢測(cè)器件中；
(6)完畢后，拉曼光纖探頭連接固定器6，使拉曼散光束通過固定器6上的玻璃窗體進(jìn)行光譜測(cè)試，得到檢測(cè)結(jié)果，見圖2。需要說明的是，上述過程可重復(fù)多次以滿足檢測(cè)的需要。必要時(shí)可開啟固定器窗口更換檢測(cè)基底。如需再次檢測(cè)，可拆卸定位器8和橡膠墊9，將腔體內(nèi)的樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)移。如需保存樣品，將濾頭2密封即可。
[0021]實(shí)施例2
采用實(shí)施例1所述裝置，使用的檢測(cè)基底為玻璃表面修飾有金納米粒子層的表面增強(qiáng)拉曼活性基底。其制備方法為:
(I)S12玻璃基體的活化與制備
將載玻片切割成約0.5X0.5cm的小片，浸泡至濃硫酸與雙氧水混合溶液中12h，取出分別用去離子水和乙醇清洗，干燥后浸泡于3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)的乙醇溶液中12h，取出用乙醇沖洗去除多余的APTMS，在烘箱內(nèi)干燥后待用。
[0022](2)金納米粒子膠體的制備
將4.SmL的1%四氯金酸水溶液稀加入到10mL去離子水中，煮至微沸狀態(tài)，磁力攪拌下加入1mL的1%檸檬酸鈉水溶液，保存沸騰一定時(shí)間，待自然冷卻后SOOOrpm下離心濃縮，取底部膠體用去離子清洗后再次離心濃縮保存。
[0023](3) S12OAuNps@C6 檢測(cè)材料的制備
將活化后的載玻片在室溫下浸泡于金納米粒子膠體中12h，取出載玻片依次用去離子水和無水乙醇清洗，干燥后重復(fù)金納米粒子組裝過程，最后浸泡于己硫醇的乙醇溶液中12h，用乙醇清洗后減壓干燥得到S12OAuNps@C6檢測(cè)材料，見圖3和圖4。
[0024](4)將S12OAuNps@C6的SERS檢測(cè)材料裝配在檢測(cè)器件上。
[0025]使用時(shí)，步驟1:將拉曼光纖探頭與固定器6連接進(jìn)行光譜測(cè)試，得到檢測(cè)基底5的背景信號(hào)，用于后續(xù)物證分析檢測(cè)時(shí)結(jié)果比對(duì)，也可確認(rèn)檢測(cè)基底5是否含有干擾檢測(cè)結(jié)果的雜質(zhì)。必要時(shí)可開啟固定器6窗口更換檢測(cè)基底5;
步驟2:將位于器件柱體前端的濾頭2插入含有萘(汽油助燃劑檢測(cè)鑒定的目標(biāo)物)和固體雜質(zhì)的液體模擬樣品中，按下擠壓套管16然后緩慢放開，水體樣品在壓力作用下吸入樣品導(dǎo)流腔，水體中固體顆粒被濾除；
步驟3:含有萘的水體樣品由樣品導(dǎo)流腔4通過檢測(cè)基底5，再經(jīng)引流管7進(jìn)入下方的器件腔體儲(chǔ)存；
步驟4:待水體樣品全部通過檢測(cè)基底5，利用拉曼光譜儀的光纖探頭通過固定器6的窗體進(jìn)行拉曼測(cè)試，得到樣品的光譜信號(hào)，見圖5。為了進(jìn)行確保樣品分析的準(zhǔn)確有效，打開定位器8和橡膠墊9，將留存在檢測(cè)腔體中的檢測(cè)樣品進(jìn)行再次GC-MS檢測(cè)。也可密封濾頭2，將樣品保存用于留樣再測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，包括器件柱體、濾頭和擠壓套管，其特征在于: 所述濾頭設(shè)置于器件柱體的最前端，擠壓套管置于器件柱體的后端； 所述器件柱體內(nèi)設(shè)有過濾篩板、樣品導(dǎo)流腔、檢測(cè)基底、引流管、定位器、橡膠墊、導(dǎo)氣針、導(dǎo)氣孔、活塞和彈簧固定器，距濾頭一定距離處設(shè)有過濾篩板；過濾篩板與樣品導(dǎo)流腔連接，樣品導(dǎo)流腔上設(shè)有檢測(cè)基底，后端設(shè)有引流管；檢測(cè)基底上方設(shè)有連接拉曼光纖探頭用的固定器，所述固定器位于器件柱體表面，所述固定器設(shè)有透光窗體，并具有開啟/密閉功能；樣品導(dǎo)流腔的引流管后端設(shè)有具有螺紋接口的定位器，所述定位器通過螺紋連接固定于器件柱體內(nèi)，所述定位器與器件柱體連接處通過橡膠墊密封，所述定位器具有可拆卸和密封橡膠墊的功能；橡膠墊后方一定距離處設(shè)有活塞，活塞前端與帶有導(dǎo)氣孔的導(dǎo)氣針連接；活塞后端設(shè)有彈簧固定器，彈簧固定器與器件柱體內(nèi)壁連接；所述濾頭設(shè)有第一濾孔，用于濾除較大雜質(zhì)，并使液體通過；所述過濾篩板設(shè)有第二濾孔，所述第二濾孔的孔徑小于第一濾孔的孔徑，所述第二濾孔用于去除較小固體雜質(zhì)，并使液體通過； 所述擠壓套管內(nèi)設(shè)有連桿和彈簧，連桿一端與活塞連接，連桿另一端與擠壓套管內(nèi)壁連接；彈簧一端與彈簧固定器連接，彈簧另一端與擠壓套管內(nèi)壁連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，其特征在于，所述器件柱體長(zhǎng)徑比為1:1?40:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，其特征在于，所述濾頭形狀為半圓形或圓錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，其特征在于，所述第二濾孔孔徑與第一濾孔孔徑比為1:2?1:1000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，其特征在于，所述濾頭上的第一濾孔與濾頭的孔徑比為1:5?1:20。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公安消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)器件，其特征在于，所述檢測(cè)基底為硅或二氧化硅材質(zhì)上修飾有金/銀納米粒子的表面增強(qiáng)拉曼活性基底，或商品化芯片式的表面增強(qiáng)拉曼基底中任一種。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK104181145SQ201410459236
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】張永豐, 顧海昕, 龍億濤, 李大偉, 曹麗英, 黃昊, 包任烈 申請(qǐng)人:公安部上海消防研究所, 華東理工大學(xué)