專利名稱：熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀，屬于光學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熒光是指某些化合物在受一定波長的光激發(fā)后，在極短時間內(nèi)發(fā)射出波長大于激發(fā)光波長的光。利用這一現(xiàn)象，可以對這一類化合物實現(xiàn)高靈敏度的檢測，熒光檢測技術(shù)在醫(yī)療，農(nóng)藥殘留和環(huán)境研究中有越來越多的應(yīng)用。熒光檢測是一種非接觸的間接光譜技術(shù)，靈敏度高，特異性好。近年來，一些研究者也開發(fā)了基于熒光檢測技術(shù)的農(nóng)藥檢測儀器，例如，Richard等用光纖熒光免疫檢測法測定了二氯苯氧基乙酸在水中的殘留，檢測靈敏度達(dá)
0.68Χ10_4μ g/L ；Renee等研制了野外便攜式三維熒光光譜儀，獲得了多環(huán)芳烴PAHs的三維熒光譜圖，測量波長范圍為220nm 950nm，最低檢測限達(dá)到了 1.6Χ10_4μ g/L ；Pepper等利用激光誘導(dǎo)和錐形透光技術(shù)研制了一種多通道光纖熒光檢測系統(tǒng)，并將其用于現(xiàn)場測定土壤表面污染物，他設(shè)計了專用的光纖探頭即可以表面測量，也可以進(jìn)行土壤內(nèi)部測量，并利用光柵分光和CCD光譜成像，能一次獲取二維或三維熒光光譜，光譜范圍為300-450nm光譜范圍。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)由于采用了激光這一強光源作為激發(fā)光，將會為檢測提供更高的靈敏度。熒光發(fā)射是一種常見的輻射去活過程，通常是指電子受光激發(fā)以后從高能態(tài)至低能態(tài)躍遷，同時放出光子的過程，這一過程的時間通常在10, 10_7S。利用光學(xué)儀器檢測突光發(fā)射強度隨時間的變化，即可得到體系的突光壽命信息。突光體的壽命依賴于突光體的性質(zhì)。當(dāng)體系中含有多種熒光物質(zhì)時，由于各物質(zhì)的熒光發(fā)射光譜可能會出現(xiàn)重疊和干擾的情況，單獨依靠通常的熒光發(fā)射光譜手段可能無法得到體系準(zhǔn)確的信息。利用熒光時間分辨技術(shù)，可以通過熒光壽命的差異，解析出體系中熒光物質(zhì)的組成情況，從而提供有價值的信息。即便是同種熒光團，由于其所處微環(huán)境不同，其熒光壽命也可能有很大差別。因此，利用熒光時間分辨技術(shù)，可以辨別處于不同微環(huán)境的同種熒光團。近年來科學(xué)家已經(jīng)將熒光時間分辨光譜技術(shù)應(yīng)用于混合體系熒光壽命的測量與解析和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析。Gray等利用丹磺酰氯標(biāo)記細(xì)胞色素C，并利用其與亞鐵血紅素的FRET，測量其熒光壽命的變化，從而給出了蛋白質(zhì)的幾種典型構(gòu)型，并提出了蛋白質(zhì)折疊過程中的結(jié)構(gòu)變化過程。目前國內(nèi)外還沒有報道基于光纖技術(shù)的突光光譜和時間分辨突光技術(shù)相結(jié)合的分析儀器。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀，該光譜儀采用靈活的光纖探頭以實現(xiàn)對樣品進(jìn)行原位、平面、立體掃描，并采取熒光頻域光譜和時間分辨熒光譜技術(shù)相結(jié)合這一技術(shù)路線以減少背景本底的熒光干擾，實現(xiàn)對樣品的特異性檢測及在線連續(xù)檢測。[0006]本實用新型所提供的一種熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀，包括光路部分、電路部分和工控機；所述光路部分包括依次連接的光源控制器、光源、樣品盤、單色器和光檢測器；所述電路部分包括光源控制電路、光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和時間分辨電路，所述光源控制電路、所述光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路均與所述工控機相連接；所述光源控制器與所述光源控制電路相連接；所述光檢測器分別與光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路相連接。上述的光纖光譜儀中，所述光源與所述樣品盤之間可通過光纖相連接。上述的光纖光譜儀中，所述單色器與光譜掃描控制電路相連接，所述光譜掃描控制電路與所述工控機相連接。上述的光纖光譜儀中，所述光檢測器具體可為光電倍增管；所述單色器與步進(jìn)電機相連接，通過所述步進(jìn)電機控制的所述單色器中光柵的轉(zhuǎn)動，設(shè)定所需要的波長，設(shè)置進(jìn)行熒光衰減曲線，來計算熒光的壽命。上述的光纖光譜儀中，所述光檢測器具體可為二極管陣列檢測器。上述的光纖光譜儀中，所述光源控制電路、所述光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路均通過通訊控制器與所述工控機相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:I)本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)熒光在頻域和時域上的分析，相互補充，大大提高熒光分析技術(shù)在定性和定量上的準(zhǔn)確性，并建立已知天然熒光物質(zhì)熒光光譜和時間分辨熒光譜庫互補的甄別數(shù)據(jù)庫；2)本實用新型將光纖技術(shù)與時間分辨熒光技術(shù)結(jié)合，并將其應(yīng)用于形態(tài)分析，實現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)用和實時監(jiān)測；3)本實用新型采用光纖掃描，克服了因樣品移動不便所帶來的問題。本實用新型具有體積小，攜帶方便，應(yīng)用現(xiàn)場靈活，成本低的優(yōu)勢，可以方便地對樣品進(jìn)行實時檢測和監(jiān)控。

圖1為本實用新型的熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型中光檢測器為光電倍增管的光路圖。圖3為本實用新型中光檢測器為二極管整列檢測器的光路圖。I脈沖光源控制器、2光源、3樣品盤、4單色器、5光檢測器、6光源控制電路、7光譜掃描控制電路、8光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、9時間分辨電路、10通訊控制器、11工控機、12光纖、13狹縫、14光柵、15步進(jìn)電機、16反光鏡、17光電倍增管、18、二極管陣列檢測器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。[0026]如圖1所示，本實用新型包括光路部分、電路部分和工控機11 ;其中，光路部分包括依次連接的脈沖電源控制器1、光源2、樣品盤3、單色器4和光檢測器5，電路部分包括均與工控機11相連接的光源控制電路6、光譜掃描控制電路7、光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8和時間分辨電路9，且光源控制電路6、光譜掃描控制電路7、光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8和時間分辨電路9均通過通訊控制器10與工控機11相連接。脈沖電源控制器I與光源控制電路6相連接，該光源控制電路6控制脈沖電源控制器輸出脈沖和連續(xù)的光信號至光源2中；光源2與樣品盤3通過光纖相連接；當(dāng)激發(fā)光通過光纖照射到樣品盤3中的樣品上以后，通過單色器4中的光柵或棱鏡，再進(jìn)入光檢測器5中，其中，單色器4與光譜掃描控制電路7相連接。光檢測器5分別與光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8和時間分辨電路9相連接。本實用新型中光檢測器選擇為光電倍增管時，光路傳輸如圖2所示?？梢哉{(diào)制的光源I的激發(fā)光共通過光纖12，照射到樣品后，激發(fā)的熒光通過光纖的另一個端口到達(dá)狹縫13后照射到單色器的光柵14上，經(jīng)激發(fā)光和發(fā)射光分離。如果需要實現(xiàn)光譜掃描，可以通過步進(jìn)電機15控制光柵4的角度，單色后的發(fā)射光能夠通過反射鏡16照射到光電倍增管17實現(xiàn)光檢測。本實用新型中光檢測器選擇為二極管陣列時，光路傳輸如圖3所示?？梢哉{(diào)制的光源I的激發(fā)光共通過光纖12，照射到樣品后，激發(fā)的熒光通過光纖的另一個端口到達(dá)狹縫13后照射到單色器的光柵14上，經(jīng)激發(fā)光和發(fā)射光分離，分離后的光譜照射到二極管陣列檢測器18上獲得光譜信號。利用本實用新型實現(xiàn)熒光光譜檢測的方法如下:通過光源控制電路，將光源設(shè)置為常開模式，在這個模式下，光源未被調(diào)制，是常開狀態(tài)。通過步進(jìn)電機控制光柵的轉(zhuǎn)動，進(jìn)行光譜掃描。利用本實用新型實現(xiàn)時間分辨熒光光譜檢測的方法如下:通過光源控制電路，將光源進(jìn)行調(diào)制，設(shè)置為閃爍模式，閃爍的頻率為1000Hz。通過步進(jìn)電機控制光柵的轉(zhuǎn)動，設(shè)定所需要波長，設(shè)置進(jìn)行熒光衰減曲線，來計算熒光的壽命，并確定特定。通過記錄熒光衰減曲線，來計算熒光壽命；時間分辨熒光檢測系統(tǒng)中，通過比較器，將可以將兩個電信號間的時間間隔長度記錄下來，轉(zhuǎn)化成為電信號，并記錄下來。重復(fù)記錄數(shù)次IO3-1O4,繪制熒光衰減曲線。
權(quán)利要求1.一種熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀，其特征在于:所述光纖光譜儀包括光路部分、電路部分和工控機； 所述光路部分包括依次連接的光源控制器、光源、樣品盤、單色器和光檢測器； 所述電路部分包括光源控制電路、光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和時間分辨電路，所述光源控制電路、所述光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路均與所述工控機相連接； 所述光源控制器與所述光源控制電路相連接；所述光檢測器分別與光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光譜儀，其特征在于:所述光源與所述樣品盤之間通過光纖相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖光譜儀，其特征在于:所述單色器與光譜掃描控制電路相連接，所述光譜掃描控制電路與所述工控機相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光譜儀，其特征在于:所述光檢測器為光電倍增管； 所述單色器與步進(jìn)電機相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光譜儀，其特征在于:所述光檢測器為二極管陣列檢測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖光譜儀，其特征在于:所述光源控制電路、所述光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路均通過通訊控制器與所述工控機相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種熒光光譜-時間分辨熒光同時檢測光纖光譜儀。所述光纖光譜儀包括光路部分、電路部分和工控機；所述光路部分包括依次連接的光源控制器、光源、樣品盤、單色器和光檢測器；所述電路部分包括光源控制電路、光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和時間分辨電路，所述光源控制電路、所述光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路均與所述工控機相連接；所述光源控制器與所述光源控制電路相連接；所述光檢測器分別與所述光譜采集分析系統(tǒng)和所述時間分辨電路相連接。本實用新型具有體積小，攜帶方便，應(yīng)用現(xiàn)場靈活，成本低的優(yōu)勢，可以方便地對樣品進(jìn)行實時檢測和監(jiān)控。
文檔編號G01N21/64GK203053867SQ20132002685
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者郭寶元, 呂笑天, 劉琛, 王會利, 高永鑫, 李建中 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心