專利名稱：基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬生物分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，涉及光散射、表面等離子體共振、熒光光譜、拉曼光譜等技術(shù)，是表面等離子體共振與多光譜聯(lián)用新技術(shù)。
背景技術(shù)：
表面等離子體共振光譜(surface plasmon resonance，SPR)是研究分子在固體表面的吸附過程的一種有效方法。該方法具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析、無標(biāo)記檢測、高選擇性的優(yōu)點(diǎn)。原理上，當(dāng)入射光與表面等離子體在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生共振時(shí)，可導(dǎo)致界面附近的消失波強(qiáng)度增大1～2數(shù)量級(jí)。利用這一增強(qiáng)的消失場可激發(fā)光散射、熒光、拉曼光譜等發(fā)射光譜，由此實(shí)現(xiàn)暗背景光譜檢測，以便提高各種光譜特別是弱光信號(hào)的檢測靈敏度，同時(shí)可以檢測界面上與折射率相關(guān)的樣品組成與性質(zhì)的變化，從而實(shí)現(xiàn)多光譜關(guān)聯(lián)測定?；诒砻娴入x子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的研制將為基于表面等離子波的各種光譜機(jī)理的研究提供重要的試驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)也將成為深入研究界面和表面的重要手段。
近十年來，德國馬普協(xié)會(huì)的wolfgang knoll等人開發(fā)了表面等離子增強(qiáng)熒光光譜儀，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)表面等離子共振光譜和熒光光譜的采集，并對(duì)熒光標(biāo)記的兔抗鼠IgG實(shí)現(xiàn)了高靈敏檢測(檢測限達(dá)500aM)。Wolfgangknoll的工作極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。目前國內(nèi)也有關(guān)于SPR與拉曼散射聯(lián)用的專利(CN 1657914A)。但以上裝置均屬于單聯(lián)系統(tǒng)，可擴(kuò)展性小，不能實(shí)現(xiàn)多種譜圖的關(guān)聯(lián)，同時(shí)均未涉及瑞利散射光譜的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀，能夠獲得瑞利散射譜圖、表面等離子體共振譜圖、熒光譜圖、拉曼散射譜圖等，并將其關(guān)聯(lián)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于表面等離子波的光吸收、散射與發(fā)射光譜儀，主要構(gòu)成為一光源，該光源發(fā)出的光經(jīng)入射光調(diào)制系統(tǒng)形成偏振平行的入射光照射至棱鏡，在棱鏡底部發(fā)生全內(nèi)反射后反射光進(jìn)入反射光檢測系統(tǒng)；棱鏡底部覆蓋有金屬傳感膜，入射光發(fā)生全內(nèi)反射時(shí)與該金屬傳感膜發(fā)生表面等離子共振作用形成增強(qiáng)的消失場，由該消失場激發(fā)樣品而產(chǎn)生的散射光進(jìn)入發(fā)射光檢測系統(tǒng)；其中光源及入射光調(diào)制系統(tǒng)依序固定在入射光臂上；反射光檢測系統(tǒng)固定在反射光信號(hào)檢測臂上；發(fā)射光檢測系統(tǒng)固定在發(fā)射光信號(hào)檢測臂上；入射光臂的頂部、反射光信號(hào)檢測臂頂部和散射光臂的底部連接在一起；棱鏡固定在三者的交叉點(diǎn)處，棱鏡的入射面和反射面分別與入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂相對(duì)，棱鏡的底部與發(fā)射光信號(hào)檢測臂的頂部相對(duì)；入射光臂底部和反射光信號(hào)檢測臂的底部均安置在一水平導(dǎo)軌上，使入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂的底部可沿水平導(dǎo)軌自由張開或收縮，以控制棱鏡入射光的角度；發(fā)射光信號(hào)檢測臂的底部連接在一垂直導(dǎo)軌上，使該發(fā)射光臂可以自由地上下移動(dòng)，以檢測發(fā)射光或散射光；上述反射光檢測系統(tǒng)和發(fā)射光檢測系統(tǒng)均與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)連接。
所述的光譜儀，其中光源包括點(diǎn)光源和平行光光源，點(diǎn)光源為鹵鎢燈、氙燈、能斯特?zé)?、硅碳棒燈或連續(xù)波長發(fā)光二極管；平行光光源為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、染料激光器或發(fā)光二極(LED)陣列。
所述的光譜儀，其中入射光調(diào)制系統(tǒng)由透鏡組或其他等價(jià)光學(xué)結(jié)構(gòu)(例如反射鏡組)、狹縫、平行光路結(jié)構(gòu)和偏振器組成，包括平行光調(diào)制和非平行光調(diào)制。
所述的光譜儀，其中反射光檢測系統(tǒng)由透鏡組或其他等價(jià)光學(xué)結(jié)構(gòu)(例如反射鏡組)和檢測器組成，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接；檢測器為光電管或光電倍增管、彩色電荷耦合器(CCD)攝像頭、彩色互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像(CMOS sensor)傳感器或電荷注入檢測器。
所述的光譜儀，其中發(fā)射光檢測系統(tǒng)由依序設(shè)置的聚光透鏡及濾色片或單色儀、檢測器組成，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接；檢測器為光電倍增管、增強(qiáng)型彩色電荷耦合器攝像頭、彩色互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器或電荷注入檢測器。
所述的光譜儀，其中傳感膜為金膜、銀膜或鋁膜，膜的厚度為20-120nm之間。
所述的光譜儀，其中棱鏡由透光材料制成，或由在三角、半球、半圓柱形的透光容器中注入折射率匹配的液體構(gòu)成。
所述的光譜儀，其中反射光信號(hào)檢測臂底部由步進(jìn)電機(jī)通過螺絲桿帶動(dòng)在水平導(dǎo)軌上移動(dòng)。
所述的光譜儀，其中樣品由微量泵控制流速地經(jīng)進(jìn)樣閥流經(jīng)樣品池的進(jìn)樣口和出樣口，該樣品池設(shè)置有溫控系統(tǒng)，以控制樣品溫度。
所述的光譜儀，其中數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)相連，并由該計(jì)算機(jī)或單片機(jī)采集并處理模擬或數(shù)值信號(hào)。
由本發(fā)明的實(shí)施，采用全內(nèi)反射方式激發(fā)得到表面等離子共振吸收光譜光、發(fā)射光譜/散射光譜，在優(yōu)化的角度下獲得進(jìn)一步增強(qiáng)的表面等離子發(fā)射譜。本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)基于表面等離子波的共振吸收譜、散射光譜、熒光譜圖和表面等離子增強(qiáng)拉曼譜圖的獨(dú)立采集，也可進(jìn)行吸收譜圖和各種發(fā)射譜圖的同時(shí)采集。


圖1為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)記11為光源，12為入射光調(diào)制系統(tǒng)，13為樣品/電磁耦合反應(yīng)器，14為溫控系統(tǒng)，15為發(fā)射光檢測系統(tǒng)，16為反射光檢測系統(tǒng)，17為數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，18為微機(jī)。
圖2為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的光源和入射光調(diào)制系統(tǒng)示意圖；其中a為平行光光束擴(kuò)展示意圖，b為平行光光束壓縮示意圖，c為點(diǎn)光源光束平行示意圖；圖中標(biāo)記21為光源，22為透鏡組，23為光闌，24為偏振片。
圖3為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的光入射角調(diào)制系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)；圖中標(biāo)記31為入射光臂，32為棱鏡，33為發(fā)射光檢測臂，34為反射光檢測臂，35為傳感舌片，36為精密螺桿，37為步進(jìn)馬達(dá)，38、39為導(dǎo)軌。
圖4為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的樣品輸送系統(tǒng)及電磁耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記41為微量泵，42為傳感膜，43為進(jìn)樣閥，44為樣品池，45為棱鏡，46為廢液池。
圖5為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的檢測系統(tǒng)示意圖；其中a為發(fā)射光檢測系統(tǒng)，b為反射光檢測系統(tǒng)；圖中標(biāo)記51為透鏡，52為濾色片，53為檢測器。
圖6為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的發(fā)射光檢測系統(tǒng)樣品池的流通管路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記61為墊圈，62為流動(dòng)管路結(jié)構(gòu)。
圖7為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀流動(dòng)注射分析不同濃度的KIO3譜圖。
圖8為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀測定Cr(VI)的角度優(yōu)化譜圖。
圖9為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀流動(dòng)注射分析Cr(VI)的譜圖。
圖10為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀分析系列濃度羅丹明B的熒光光譜譜圖。
圖11為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀測定金膜修飾巰基十一酸前后的表面等離子體共振譜圖。
圖12為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的軟件流程的主框圖。
圖13為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的數(shù)據(jù)采集軟件流程的子框圖。
圖14為基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的控制流程的子框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將表面等離子體共振與光散射技術(shù)有機(jī)地聯(lián)用，提供的基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀，其特征是，從光源輻射出的光波，首先垂直投射到入射光調(diào)制系統(tǒng)的透鏡上，經(jīng)過在入射光調(diào)制系統(tǒng)中的光學(xué)元件上的一列的反射和折射后，得到了優(yōu)化的光束；從入射光調(diào)制系統(tǒng)出來的優(yōu)化光束以一定的角度投射到樣品/電磁波耦合器上，入射光束在樣品/電磁波耦合器中發(fā)生折射并在其底部全反射；與入射光相對(duì)的，在樣品/電磁耦合反應(yīng)器底部傳感膜的同一側(cè)邊光路上，全反射光束經(jīng)反射光檢測系統(tǒng)中的透鏡匯聚后，投射到濾光片(或單色儀)上，經(jīng)過分光后進(jìn)入反射光檢測系統(tǒng)中的檢測器。至此形成了基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的表面等離子共振吸收的光路部分。與入射光相對(duì)的，在樣品/電磁耦合反應(yīng)器底部傳感膜另一側(cè)光路上，消失波激發(fā)樣品產(chǎn)生的激發(fā)光/散射光進(jìn)入發(fā)射光檢測系統(tǒng)。兩個(gè)檢測器均與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接。
上述發(fā)明能夠借助表面等離子體消失場進(jìn)行暗背景光散射分析。
上述發(fā)明能夠進(jìn)行獨(dú)立的表面等離子體共振吸收的信號(hào)采集。
上述發(fā)明能夠借助表面等離子消失場單獨(dú)進(jìn)行暗背景熒光或激光誘導(dǎo)熒光分析。
上述發(fā)明能夠進(jìn)行表面等離子增強(qiáng)拉曼散射的測試。
上述發(fā)明可進(jìn)行以上光譜檢測中的兩兩組合測試。如一、表面等離子體共振吸收分析和暗背景光散射分析的同時(shí)分析；二、表面等離子體共振吸收分析和表面等離子增強(qiáng)拉曼散射的同時(shí)分析；三、同時(shí)進(jìn)行表面等離子體共振吸收分析和暗背景熒光或激光誘導(dǎo)熒光分析。
上述發(fā)射光檢測系統(tǒng)，由與入射光相對(duì)的，在傳感膜的另一側(cè)光路上依序設(shè)置的聚光透鏡及濾色片或單色儀、檢測器組成。其中，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接。
上述反射光檢測系統(tǒng)，由與入射光相對(duì)的，在傳感膜的同一側(cè)邊光路上的透鏡組和檢測器組成。其中，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接。
上述檢測器為光電管或光電倍增管、CCD攝像頭、CMOS sensor、電荷注入檢測器或其他光電轉(zhuǎn)換器件。
上述光源，包括點(diǎn)光源和平行光光源。其中點(diǎn)光源包括鹵鎢燈、氙燈、能斯特?zé)簟⒐杼及魺?、連續(xù)波長發(fā)光二極管或其他點(diǎn)光源；平行光光源包括氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、染料激光器、LED陣列等所有平行光光源。
上述入射光調(diào)制系統(tǒng)由透鏡組或其他等價(jià)光學(xué)結(jié)構(gòu)(例如反射鏡組)、狹縫、平行光路結(jié)構(gòu)、偏振器組成。上述入射光調(diào)制系統(tǒng)包括平行光調(diào)制系統(tǒng)和非平行光調(diào)制系統(tǒng)。其中平行光的調(diào)制包括平行光束的擴(kuò)展和壓縮。
上述角度調(diào)制系統(tǒng)，包括入射光臂、反射光信號(hào)檢測臂、發(fā)射光信號(hào)檢測臂、棱鏡、傳感舌片、精密螺絲桿、步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌；其中，光源及入射光調(diào)制系統(tǒng)依序固定在入射光臂上；反射光檢測系統(tǒng)固定在反射光信號(hào)檢測臂上；發(fā)射光檢測系統(tǒng)固定在發(fā)射光信號(hào)檢測臂上；入射光臂的頂部、反射光信號(hào)檢測臂頂部和散射光臂的底部由螺絲連接，但入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂下面可自由張開或收縮，入射光臂底部和反射光臂底部均連在一水平導(dǎo)軌上，而散射光臂的頂部則連接在一垂直導(dǎo)軌上，散射光臂可以自由地上下移動(dòng)，而棱鏡固定在入射光臂、反射光信號(hào)檢測臂和發(fā)射光信號(hào)檢測臂之間；反射光信號(hào)檢測臂底部與傳感舌片相連，由步進(jìn)電機(jī)通過精密螺絲桿帶動(dòng)傳感舌片在導(dǎo)軌上來回移動(dòng)，從而使入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂自由張開或收縮達(dá)到精確控制棱鏡入射光的角度；發(fā)射光信號(hào)檢測臂與棱鏡固定在一起，從而達(dá)到檢測散射光或發(fā)射光的目的。
上述樣品輸送系統(tǒng)，由進(jìn)樣閥、微升級(jí)樣品池、進(jìn)樣口、出樣口、微量泵及相關(guān)管路組成。載流液流速以及樣品的輸入輸出可由微量泵控制。
上述電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)，由棱鏡、傳感膜、石英玻片及相關(guān)密封墊圈組成。其中棱鏡與傳感膜基底之間用與棱鏡折射率相匹配液體介質(zhì)粘連，傳感膜與樣品池以及石英玻片與樣品池與之間用墊圈密封。
上述棱鏡可由玻璃或其他透光材料制成，其體積可以為三角形、半球形、半圓柱形或其他柱面體。
上述棱鏡，也可以由限制在特定的透光容器中折射率符合條件的液體替換。
上述傳感膜為高反射金屬膜，可以是金膜、銀膜、鋁膜等，厚度在20-120nm之間。
上述傳感膜上可以通過化學(xué)或生物修飾進(jìn)行各種靶標(biāo)分子的識(shí)別、檢測。
上述數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和相應(yīng)軟件組成。其中軟件可以是商業(yè)光譜軟件和色譜工作站，完成數(shù)據(jù)顯示、分析處理、管理、存儲(chǔ)及再顯示等任務(wù)，可采集并處理模擬或數(shù)值信號(hào)。
上述溫控系統(tǒng)由溫度傳感元件、恒溫介質(zhì)、電連接器組成，能夠精確控制電磁耦合系統(tǒng)樣品/電磁耦合反應(yīng)器及樣品輸送系統(tǒng)的溫度。
本發(fā)明所提供的基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀還可以與流動(dòng)注射分析和液相色譜儀器聯(lián)用，進(jìn)行在線檢測。
實(shí)施例一本發(fā)明基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中11為光源，根據(jù)試驗(yàn)需要選定，可以是半導(dǎo)體激光器、He-Ne激光器、染料激光器、鹵鎢燈、氙燈、能斯特?zé)?、硅碳棒燈或連續(xù)波長發(fā)光二極管；12為入射光調(diào)制系統(tǒng)；13為電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)，其中的棱鏡以常見的等腰直角三角形棱鏡為例；14為溫控系統(tǒng)；15為發(fā)射光檢測系統(tǒng)，16為反射光檢測系統(tǒng)，17為數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，18為微機(jī)。
數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)該部分主要由數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理和分析軟件及計(jì)算機(jī)組成，能夠完成數(shù)據(jù)顯示、分析處理、管理、存儲(chǔ)及再顯示等任務(wù)，可采集并處理模擬或數(shù)值信號(hào)。數(shù)據(jù)采集主要由數(shù)據(jù)采集卡(商品化)完成。圖12為本發(fā)明的基于表面等離子波的多功能光吸收、散射與發(fā)射光譜儀的軟件流程的主框圖。圖13為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集軟件流程的子框圖1。圖14為本發(fā)明的控制流程的子框圖2。
儀器系統(tǒng)工作原理為，從光源11發(fā)出的光經(jīng)入射光調(diào)制系統(tǒng)12平行、光束擴(kuò)展及偏振后，形成光束大小合適的偏振平行光到達(dá)電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)13的棱鏡。入射光經(jīng)折射后，在棱鏡底部發(fā)生全內(nèi)反射并與棱鏡底部的金屬傳感膜發(fā)生表面等離子共振(SPR)作用。在棱鏡底部金屬傳感膜一側(cè)，由于SPR而形成增強(qiáng)的消失場激發(fā)經(jīng)樣品池流入的樣品產(chǎn)生散射光。散射光經(jīng)發(fā)射光檢測系統(tǒng)15中的透鏡、濾色片后被檢測。該處的檢測器可以根據(jù)試驗(yàn)的具體要求選用光譜分析儀或光電倍增管、CCD攝像頭。也可采用光線探頭收集散射光，從而增加該儀器的靈活性。
在棱鏡底部發(fā)生全內(nèi)反射后的反射光經(jīng)反射光檢測系統(tǒng)16中的透鏡會(huì)聚到17檢測器上進(jìn)行檢測，從而構(gòu)成本發(fā)明中的表面等離子體共振光譜系統(tǒng)，以此來監(jiān)測傳感膜表面的組成變化。本發(fā)明通過入射角調(diào)制系統(tǒng)改變激發(fā)光的入射角度，在SPR最大吸收處檢測光散射譜，在此角度處表面等離子增強(qiáng)光散射增強(qiáng)因子最大，即可以同步獲得最強(qiáng)的SPR譜和散射光譜。
本實(shí)施例所用的樣品池體積約為100微升，主要由傳感膜、石英玻璃片和中間夾著的流通管路結(jié)構(gòu)(見圖6中的62)構(gòu)成，三者之間用墊圈密封(圖6中的61)。樣品池可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同結(jié)構(gòu)，樣品池的體積范圍可以從幾十納升到幾毫升。制作樣品池所采用的材料不能引入熒光等其他干擾信號(hào)。
實(shí)施例二由于熒光、拉曼、散射、表面等離子共振光譜這幾種光譜中，散射光檢測是最難實(shí)施的，因此這里著重給出散射信號(hào)的采集的實(shí)施例。棱鏡底部鍍一層50nm厚的金膜作為傳感膜，以He-Ne激光器為光源，以光電倍增管為散射光檢測器，以碘化物-羅丹明B離子締合體系為探針，對(duì)不同濃度的KIO3進(jìn)行了測試。流動(dòng)注射分析結(jié)果見圖7。測定KIO3的最低檢測限為100納摩爾/升。
實(shí)施例三
采用與實(shí)施例二相同的光源、檢測器和共振光散射探針。棱鏡底部鍍一層50nm厚的金膜作為高反射的傳感膜，傳感膜經(jīng)化學(xué)修飾從而抑制了樣品在傳感膜表面的非特異性吸附。在此條件下，對(duì)Cr(VI)進(jìn)行了濃度分析。優(yōu)化角度圖見圖8，圖9為流動(dòng)注射分析不同濃度Cr(VI)的結(jié)果。該方法測定Cr(VI)的最低檢測限達(dá)40納摩爾/升。
實(shí)施例四表面等離子增強(qiáng)熒光是該發(fā)明主要功能之一，可以高靈敏地對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行檢測。本實(shí)施例采用532nm的半導(dǎo)體激光器(5mw)為激發(fā)光源，以光柵單色儀為分光元件，以PMT為檢測器，分析了羅丹明B的熒光光譜。試驗(yàn)結(jié)果見圖10，檢測限達(dá)0.095納摩爾/升。
實(shí)施例五以上實(shí)施例證明該發(fā)明可成功的用于光散射檢測并提高了檢測靈敏度，需要指出的是，該裝置還可同時(shí)進(jìn)行表面等離子體共振測試作為散射、熒光等信號(hào)的補(bǔ)充或輔證。作為補(bǔ)充實(shí)例，以下給出該發(fā)明檢測金膜表面修飾巰基十一酸前后的SPR信號(hào)變化，見圖11，Δλ＝8.3nm。
權(quán)利要求
1.一種基于表面等離子波的光吸收、散射與發(fā)射光譜儀，主要構(gòu)成為一光源，該光源發(fā)出的光經(jīng)入射光調(diào)制系統(tǒng)形成偏振平行的入射光照射至電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)，并在該電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)中的棱鏡底部發(fā)生全內(nèi)反射后反射光進(jìn)入反射光檢測系統(tǒng)；棱鏡底部覆蓋有金屬傳感膜，入射光發(fā)生全內(nèi)反射時(shí)與該金屬傳感膜發(fā)生表面等離子共振作用形成增強(qiáng)的消失場，由該消失場激發(fā)樣品而產(chǎn)生的散射光進(jìn)入發(fā)射光檢測系統(tǒng)；其中光源及入射光調(diào)制系統(tǒng)依序固定在入射光臂上；反射光檢測系統(tǒng)固定在反射光信號(hào)檢測臂上；發(fā)射光檢測系統(tǒng)固定在發(fā)射光信號(hào)檢測臂上；入射光臂的頂部、反射光信號(hào)檢測臂頂部和散射光臂的底部連接在一起；棱鏡固定在三者的交叉點(diǎn)處，棱鏡的入射面和反射面分別與入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂相對(duì)，棱鏡的底部與發(fā)射光信號(hào)檢測臂的頂部相對(duì)；入射光臂底部和反射光信號(hào)檢測臂的底部均安置在一水平導(dǎo)軌上，使入射光臂和反射光信號(hào)檢測臂的底部可沿水平導(dǎo)軌自由張開或收縮，以控制棱鏡入射光的角度；發(fā)射光信號(hào)檢測臂的底部連接在一垂直導(dǎo)軌上，使該發(fā)射光臂可以自由地上下移動(dòng)，以檢測發(fā)射光或散射光；上述反射光檢測系統(tǒng)和發(fā)射光檢測系統(tǒng)均與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中光源包括點(diǎn)光源和平行光光源，點(diǎn)光源為鹵鎢燈、氙燈、能斯特?zé)?、硅碳棒燈或連續(xù)波長發(fā)光二極管；平行光光源為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、染料激光器或發(fā)光二極陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中入射光調(diào)制系統(tǒng)由透鏡組或反射鏡組、狹縫、平行光路結(jié)構(gòu)和偏振器組成，包括平行光調(diào)制和非平行光調(diào)制。
4.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中反射光檢測系統(tǒng)由透鏡組或反射鏡組和檢測器組成，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接；檢測器為光電管或光電倍增管、彩色電荷耦合器攝像頭、彩色互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器或電荷注入檢測器。
5.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中發(fā)射光檢測系統(tǒng)由依序設(shè)置的聚光透鏡及濾色片或單色儀、檢測器組成，檢測器與數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)電連接；檢測器為光電倍增管、增強(qiáng)型彩色電荷耦合器攝像頭、彩色互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器或電荷注入檢測器。
6.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中傳感膜為金膜、銀膜或鋁膜，膜的厚度為20-120nm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中電磁耦合反應(yīng)系統(tǒng)由棱鏡、傳感膜、石英玻片及密封墊圈組成，其中棱鏡與傳感膜基底之間用與棱鏡折射率相匹配液體介質(zhì)粘連，傳感膜與樣品池以及石英玻片與樣品池與之間用墊圈密封；棱鏡由透光材料制成，或由在三角、半球、半圓柱形的透光容器中注入折射率匹配的液體構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中反射光信號(hào)檢測臂底部由步進(jìn)電機(jī)通過螺絲桿帶動(dòng)在水平導(dǎo)軌上移動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中樣品由微量泵控制流速，從進(jìn)樣閥出發(fā)，流經(jīng)樣品池的進(jìn)樣口和出樣口，該樣品池設(shè)置有溫控系統(tǒng)，以控制樣品溫度。
10.如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，并由該計(jì)算機(jī)采集并處理模擬或數(shù)值信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明是利用表面等離子共振現(xiàn)象設(shè)計(jì)構(gòu)造的多功能光譜儀，主要由光源、入射光調(diào)制系統(tǒng)、角度調(diào)制系統(tǒng)、樣品輸送系統(tǒng)、樣品/電磁耦合反應(yīng)器、發(fā)射光檢測系統(tǒng)、反射光檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)組成。該儀器將入射光波矢和傳感膜表面的等離子體耦合并共振，從而使傳感膜表面的消失場得到增強(qiáng)，進(jìn)而利用增強(qiáng)的消失場激發(fā)散射光或發(fā)射光。本發(fā)明采用全內(nèi)反射方式激發(fā)得到表面等離子共振吸收光譜光、發(fā)射光譜/散射光譜，在優(yōu)化的角度下獲得進(jìn)一步增強(qiáng)的表面等離子發(fā)射譜。本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)基于表面等離子波的共振吸收譜、散射光譜、熒光譜圖和表面等離子增強(qiáng)拉曼譜圖的獨(dú)立采集，也可進(jìn)行吸收譜圖和各種發(fā)射譜圖的同時(shí)采集。
文檔編號(hào)G01N21/47GK101074921SQ20061001192
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者陳義, 韓志強(qiáng), 齊莉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所