摘要
持久性有机污染物（POPs）是一类广泛存在于自然环境，具有持久、高毒、半挥发性并对人类健康和生态环境造成长期危害的污染物。目前的检测手段和水平尚无法满足实际需要，现场检测仪器发展也相对滞后。因此，本论文的研究目的在于设计一套基于SERS技术的稳定可靠、快速准确和小型化的现场检测系统。主要工作包括如下几个方面。 1）三通道自动进样系统的设计。为将目标物溶液、SERS溶胶基底、NaCl（或NaOH）溶液按一定比例混合在样品池中，实现SERS基底对目标物的有效吸附、SERS光谱定量检测和信号增强，本文设计了一套三通道自动进样系统。该系统主要包括机械设计和电路控制设计两部分。通过方案设计、图纸设计、数控加工、系统组装等过程完成机械设计内容；通过确定方案、硬件选择、软件编写等过程完成电路控制设计内容；最后将两者结合进行实验测试和调试。测试结果表明：设计出的样机性能稳定、精确度高、稳定性好、小巧经济、便于人机交互、操作简单。其具体参数为：尺寸315mm×210mm×80mm，质量2.6kg，量程0.2～3.5mL，进样误差小于0.5%，进样速度0.2mL/s，精度等级0.4级。 2）拉曼散射前置光路系统的设计。为实现较好的信噪比和检测灵敏度，本文进行了拉曼散射前置光路系统的设计工作。通过确定笼式结构的设计方案、光学元器件的选取、光路的搭建、实验测试等过程完成本部分设计内容。测试结果表明：本文搭建的前置光路不仅具有与国外商业化拉曼探头相当的检测效果，而且具有设计成本低、自主设计的优势，同时其稳定性和小型化（149mm×115mm×73mm）也能满足现场检测需要。 3）二维调节样品池的设计。为实现激光在样品上的对焦和不同部位的最佳探测，本文给出了二维调节样品池的设计方案。该方案设计的样品池不仅具有二维调节功能，而且可与前置光路笼式结构兼容，并能在系统箱体外部灵活安装和拆卸，同时还可满足在线定量进样和有效避光，实现了定量进样→目标物吸附→样品池调节→光谱检测的连续进行。 4）供电模块的设计。为满足现场供电需求，本文选用两块10.8V、10Ah的锂电池作为电源，通过DC-DC模块给整个检测系统进行供电。经实验测试，该电源模块可供整个系统连续工作4小时以上，满足了小型化、稳定性和长时间连续供电的使用要求。 5）系统封装设计。在系统实验测试正常的前提下，为便于现场操作和携带，系统各单元需进行集成并封装。本文给出了箱体的设计方案：系统布局采用双层设计，下层为前置光路、光谱仪、激光器、DC-DC模块等单元，上层为平板电脑和锂电池。在设计中还考虑了散热、模块化安装与固定、线路通孔等要求。箱体外观尺寸为350mm×300mm×180mm。 本文就基于SERS技术现场检测系统的课题做了一定的设计工作，有助于提高我国在现场检测仪器方面的发展。通过接下来的研究工作，会不断完善系统的工作性能，真正实现稳定可靠、快速准确、小型化、易于操作的目标，有望将来为环境污染和治理提供方法和手段。
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