本實(shí)用新型涉及一種激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置。

背景技術(shù)：

國(guó)內(nèi)激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠這方面均為理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，并沒(méi)有實(shí)際的系統(tǒng)裝置，且其他關(guān)于激光誘導(dǎo)熒光的裝置都是只對(duì)液態(tài)或固態(tài)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏對(duì)氣態(tài)樣本的實(shí)驗(yàn)。激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)時(shí)間短、靈敏度高、選擇性好、可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、不需要消耗昂貴的的反應(yīng)試劑等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型填補(bǔ)關(guān)于激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置的空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型填補(bǔ)關(guān)于激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置的空白，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置，其特征在于該裝置包括以下部件，激光發(fā)射系統(tǒng)，激光誘導(dǎo)系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器(1)，第一保護(hù)殼(2-1)，第二保護(hù)殼(2-2)，光闌(3)，濾光片(4)和反射鏡(5)；所述第一保護(hù)殼(2-1)的內(nèi)部具有光闌(3)和濾光片(4)，所述第二保護(hù)殼(2-2)的內(nèi)部具有反射鏡(5)；

所述激光誘導(dǎo)系統(tǒng)包括氣溶膠粒子輸入通道(6)，氣溶膠粒子輸出通道(7)，準(zhǔn)直透鏡(8)，匯聚透鏡(9)和樣品池(19)，所述樣品池(19)的樣品內(nèi)部具有橢圓反射鏡(19-1)，該橢圓反射鏡(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3)，所述樣品池(19)的樣品內(nèi)部自上而下具有氣溶膠粒子輸入通道(6)和氣溶膠粒子輸出通道(7)，所述溶膠粒子輸入通道(6)與氣溶膠粒子輸出通道(7)之間具有一個(gè)空缺點(diǎn)(6-1)，該空缺點(diǎn)(6-1)與橢圓反射鏡(19-1)的焦點(diǎn)重疊，所述氣溶膠粒子輸出通道(7)通過(guò)管道(7-1)與氣泵(15)的一端相連，該氣泵(15)的另一端和大氣相連，所述管道(7-1)靠近氣泵的一側(cè)具有空氣過(guò)濾網(wǎng)(13)；

所述光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括光譜儀(11)及內(nèi)部的電荷耦合器件CCD(12)。

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(18)。

所述激光器(1)發(fā)出的激光束穿過(guò)第一保護(hù)殼(2-1)的內(nèi)部的光闌(3)和濾光片(4)中心點(diǎn)后經(jīng)反射鏡(5)反射成為入射激光，該入射激光被引導(dǎo)通過(guò)樣品池(19)樣品內(nèi)部的橢圓反射鏡(19-1)的空缺點(diǎn)(6-1)，照射到氣溶膠粒子后氣溶膠粒子產(chǎn)生的熒光經(jīng)過(guò)橢圓反射鏡(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在該橢圓反射鏡(19-1)的第二焦點(diǎn)(19-4)處匯聚，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡(8)平行射出至匯聚透鏡(9)后匯聚至光纖(10)，該熒光經(jīng)過(guò)光纖(10)進(jìn)入光譜儀(11)后被電荷耦合器件(12)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由數(shù)據(jù)傳輸線(17)輸出至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)(18)，經(jīng)過(guò)該計(jì)算機(jī)的軟件對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，得到相關(guān)的熒光信息。

所述樣品池(19)中具有多個(gè)樣品。

所述氣溶膠粒子輸入通道(6)上部進(jìn)入氣溶膠粒子，該氣溶膠粒子經(jīng)氣溶膠粒子輸出通道(7)輸出。

所述入射激光經(jīng)橢圓反射鏡(19-1)產(chǎn)生的雜散光和其他多余的激光則進(jìn)入光學(xué)陷阱(16)。

所述氣泵(15)上還具有閥門(mén)(14)。

所述準(zhǔn)直透鏡(8)與橢圓反射鏡(19-1)的第二焦點(diǎn)(19-4)重合。

所述激光器(1)具有加倍頻晶體，改變激光波長(zhǎng)。

所述樣品池(19)具有窗口，該窗口為布儒斯特窗。

所述橢圓反射鏡(19-1)的可見(jiàn)光平均反射率>93％。

有益效果：

本裝置搭建了一套完整的激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了使用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對(duì)生物氣溶膠的識(shí)別。國(guó)內(nèi)激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠這方面均為理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，并沒(méi)有實(shí)際的系統(tǒng)裝置，且其他關(guān)于激光誘導(dǎo)熒光的裝置都是只對(duì)液態(tài)或固態(tài)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏對(duì)氣態(tài)樣本的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)用新型填補(bǔ)關(guān)于激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置的空白。生物氣溶膠中的生物活性成份產(chǎn)生能在激光誘導(dǎo)下產(chǎn)生熒光的物質(zhì)，這些物質(zhì)的熒光光譜集中在400-600nm，因此本裝置選擇光譜儀的波長(zhǎng)范圍是400-600nm。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型激光誘導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。本裝置采用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)探測(cè)生物氣溶膠，熒光產(chǎn)生原理為：入射激光照射到物質(zhì)分子上，分子吸收激光能量從基態(tài)躍遷到第一電子激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，一部分分子直接躍遷到低能級(jí)上,并伴隨光的輻射；另一部分分子由于與同類分子或其它分子碰撞消耗能，故急劇地降落在第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)，并無(wú)輻射。處于第一電子激發(fā)態(tài)最低振動(dòng)能級(jí)上的分子，繼續(xù)往下降落至基態(tài)的各不同振動(dòng)能級(jí)時(shí),則以光的形式發(fā)射,所產(chǎn)生的光即是熒光。

一種激光誘導(dǎo)熒光探測(cè)生物氣溶膠裝置，其特征在于該裝置包括以下部件，激光發(fā)射系統(tǒng)，激光誘導(dǎo)系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器(1)，第一保護(hù)殼(2-1)，第二保護(hù)殼(2-2)，光闌(3)，濾光片(4)和反射鏡(5)；所述第一保護(hù)殼(2-1)的內(nèi)部具有光闌(3)和濾光片(4)，所述第二保護(hù)殼(2-2)的內(nèi)部具有反射鏡(5)；

所述激光誘導(dǎo)系統(tǒng)包括氣溶膠粒子輸入通道(6)，氣溶膠粒子輸出通道(7)，準(zhǔn)直透鏡(8)，匯聚透鏡(9)和樣品池(19)，所述樣品池(19)的樣品內(nèi)部具有橢圓反射鏡(19-1)，該橢圓反射鏡(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3)，所述樣品池(19)的樣品內(nèi)部自上而下具有氣溶膠粒子輸入通道(6)和氣溶膠粒子輸出通道(7)，所述溶膠粒子輸入通道(6)與氣溶膠粒子輸出通道(7)之間具有一個(gè)空缺點(diǎn)(6-1)，該空缺點(diǎn)(6-1)與橢圓反射鏡(19-1)的焦點(diǎn)重疊，所述氣溶膠粒子輸出通道(7)通過(guò)管道(7-1)與氣泵(15)的一端相連，該氣泵(15)的另一端和大氣相連，所述管道(7-1)靠近氣泵的一側(cè)具有空氣過(guò)濾網(wǎng)(13)；

所述光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括光譜儀(11)及內(nèi)部的電荷耦合器件CCD(12)。

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(18)。

所述激光器(1)發(fā)出的激光束穿過(guò)第一保護(hù)殼(2-1)的內(nèi)部的光闌(3)和濾光片(4)中心點(diǎn)后經(jīng)反射鏡(5)反射成為入射激光，該入射激光被引導(dǎo)通過(guò)樣品池(19)樣品內(nèi)部的橢圓反射鏡(19-1)的空缺點(diǎn)(6-1)，照射到氣溶膠粒子后氣溶膠粒子產(chǎn)生的熒光經(jīng)過(guò)橢圓反射鏡(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在該橢圓反射鏡(19-1)的第二焦點(diǎn)(19-4)處匯聚，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡(8)平行射出至匯聚透鏡(9)后匯聚至光纖(10)，該熒光經(jīng)過(guò)光纖(10)進(jìn)入光譜儀(11)后被電荷耦合器件(12)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由數(shù)據(jù)傳輸線(17)輸出至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)(18)，經(jīng)過(guò)該計(jì)算機(jī)的軟件對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，得到相關(guān)的熒光信息。

所述樣品池(19)中具有多個(gè)樣品。

所述氣溶膠粒子輸入通道(6)上部進(jìn)入氣溶膠粒子，該氣溶膠粒子經(jīng)氣溶膠粒子輸出通道(7)輸出。

所述入射激光經(jīng)橢圓反射鏡(19-1)產(chǎn)生的雜散光和其他多余的激光則進(jìn)入光學(xué)陷阱(16)。

所述氣泵(15)上還具有閥門(mén)(14)。

所述準(zhǔn)直透鏡(8)與橢圓反射鏡(19-1)的第二焦點(diǎn)(19-4)重合。

所述激光器(1)具有加倍頻晶體，改變激光波長(zhǎng)。

所述樣品池(19)具有窗口，該窗口為布儒斯特窗。

所述橢圓反射鏡(19-1)的可見(jiàn)光平均反射率>93％。

不同的生物氣溶膠所產(chǎn)生的熒光光譜是不同的，根據(jù)不同的熒光光譜來(lái)識(shí)別氣溶膠的種類。關(guān)于空缺點(diǎn)，熒光是激光照射到氣溶膠樣品上誘導(dǎo)樣品產(chǎn)生的，只要樣品通過(guò)空缺點(diǎn)即可，并且下面的抽氣泵(15)會(huì)抽氣使得氣溶膠不斷的通過(guò)空白點(diǎn)。

各種生物氣溶膠的激發(fā)波長(zhǎng)在250-450nm之間，本裝置選用350nm脈沖激光。為了得到355nm激光，在532激光器前加倍頻晶體，經(jīng)倍頻晶體倍頻后轉(zhuǎn)換成355nm波長(zhǎng)。出射的355nm的激光通過(guò)光闌和濾光片，光闌把激光的發(fā)散角限制在較小的范圍，而濾光片把除355nm之外的其他波長(zhǎng)的雜散光過(guò)濾掉。之后，激光被反射鏡反射到含有橢圓反射鏡的樣品池內(nèi)。為防止雜散光的干擾，對(duì)樣品池的要求一是窗口與光路上不產(chǎn)生激發(fā)光的散射，二是窗口與池壁不產(chǎn)生熒光，樣品池的窗口通常做成布儒斯特窗。樣品池內(nèi)安有高反射率的橢圓反射鏡(可見(jiàn)光平均反射率>93％)，盡可能多的反射產(chǎn)生的熒光，而產(chǎn)生的雜散光和其他多余的激光則進(jìn)入光學(xué)陷阱，避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的熒光的影響。激光誘導(dǎo)所產(chǎn)生的熒光被準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，平行入射到匯聚透鏡，經(jīng)匯聚透鏡匯聚到光纖后進(jìn)入光譜儀。熒光光譜集中在300-800nm，本裝置選擇的光譜儀范圍在400-600nm，波長(zhǎng)分辨率0.5nm，其中耦合了CCD探測(cè)器(線陣，3648單元，波長(zhǎng)范圍350-1000nm)，該光譜儀通過(guò)USB口與計(jì)算機(jī)相連。進(jìn)入到光譜儀后的熒光被光柵分光后，CCD把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳到電腦，軟件處理后顯示出熒光的相關(guān)信息。

本裝置工作時(shí)，打開(kāi)底部抽氣氣泵，氣溶膠粒子在管內(nèi)負(fù)壓下進(jìn)入到導(dǎo)管內(nèi)。兩段導(dǎo)管的空缺點(diǎn)為橢圓反射鏡的焦點(diǎn)F1，這種設(shè)計(jì)可以使反射鏡最大化的反射激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的熒光。準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)要與橢圓反射鏡的焦點(diǎn)F2重合，這樣才能將雜散的熒光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡后平行出射到匯聚透鏡上。匯聚透鏡放在準(zhǔn)直透鏡的另外一個(gè)焦點(diǎn)，匯聚透鏡匯聚平行入射的熒光，使熒光盡可能多的進(jìn)入到光纖。

應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。