CN102141438B - 分光光度计检测头 - Google Patents

Abstract

分光光度计检测头，涉及一种分光光度计。提供一种体积小、减少杂散光干扰、灵敏度高，可与仪器主机分离、即插即用、便携、满足野外与现场即时检测要求，可显著提高检测稳定性的分光光度计检测头。设有壳体、入射光纤、参考光光纤、入射光纤准直器、分光部件、光学反射部件、返回光纤准直器、返回光纤和样品室。由于采用光纤式探头，通过光纤传输提高了抗干扰性能。由于采用锥面反射棱镜，可得到一体化、结构紧凑的多光程吸收光学检测头，因此可在不增加样品室的长度下，增大吸收光程，减少杂散光干扰，提高灵敏度，并降低光学调整难度，而现有的国内外分光光度计均采用单吸收光程光学检测头结构。由于设有参考光路，可显著提高检测稳定性。

Description

分光光度计检测头

技术领域

本发明涉及一种分光光度计，尤其是涉及一种分光光度计检测头。

背景技术

作为一种光学式分析测量仪器，分光光度计广泛用于各个领域。由于现有的分光光度计采用比色皿、比色池等样品机构，存在操作复杂，干扰多，体积大，灵敏度低，结构复杂，不易便携等问题。随着科技发展，对高端的分光光度计的需求逐年增加，尤其是野外、现场即时检测，对样品高精度的分析需求越来越迫切，为此，小体积、操作方便，同时又可以极大地消除杂散光，提高噪声指标的适合小型仪器的即插即用的检测头是一个发展趋势和国内外研究的重点。

中国专利2008100706512公开一种紫外可见光分光光度计检测头，外接光源的光通过入射光纤导入，经过入射光纤准直器准直后进入样品室，透过样品室的信息光经过返回光纤准直器准直后进入返回光纤，再由返回光纤导出。

假设入射光纤准直器准直后强度为I_信息入射的信息光通过样品室时透过率为t；返回光纤的传输效率为P。设检测头的准直与耦合效率为Q，则检测到信息光的能量可表达为：

I_信息检测＝I_信息入射*P*t*Q    (1)

从式(1)可知，检测到的信息光能量I_信息检测除了与待测参数t有关外，还受到光纤传输效率P和光源波动的影响，对于检测头，Q是可测的已知量，而测量中光纤的弯曲等是未知的，即P在测量中是不可控、且无法事先预知的，这将使得测量结果不稳定。

胡立设(《分析仪器》，1997年第4期)提出了一种光纤分光光度在线分析仪，其光导纤维传光系统由异型光纤传光束和测量探头组成，参考光光纤位于异型光纤传光束内，传光束测量探头端套入Ф15mm长度200mm的不锈钢管。异型光纤传光束内有出射光纤束和返回光纤束各一股，参考光光纤束两股，共需要多达四股光纤，测量探头置于长达200mm的不锈钢管内，在很大程度上给测量带来不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、减少杂散光干扰、灵敏度高，可与仪器主机分离、即插即用、便携、满足野外与现场即时检测要求，可显著提高检测稳定性的分光光度计检测头。

为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：本发明设有壳体、入射光纤、参考光光纤、入射光纤准直器、分光部件、光学反射部件、返回光纤准直器、返回光纤和样品室；

入射光纤输入端外接光源，入射光纤输出端接入射光纤准直器，入射光纤准直器输出端接分光部件输入端，分光部件设有参考光输出端和信息光输出端，参考光输出端接参考光光纤，参考光光纤输出端外接仪器主机，信息光输出端的输出光进入样品室，并经光学反射部件反射后耦合进入返回光纤准直器输入端，返回光纤准直器输出端接返回光纤输入端，返回光纤输出端外接仪器主机。

所述壳体可设有左壳体和右壳体，所述样品室设于左壳体与右壳体之间。

所述光学反射部件设有至少1个反射镜，反射镜最好为镀耐腐蚀反射膜的锥面反射棱镜。

所述光分光部件最好为光纤耦合器。

为实现上述目的，本发明的技术方案之二是：本发明设有壳体、入射光纤、分光部件、参考光光纤、入射光纤准直器、光学反射部件、返回光纤准直器、返回光纤和样品室；

入射光纤输入端外接光源，入射光纤输出端接分光部件输入端，分光部件设有参考光输出端和信息光输出端，参考光输出端接参考光光纤输入端，参考光光纤输出端外接仪器主机，信息光输出端接入射光纤准直器，入射光纤准直器的输出光进入样品室，并经光学反射部件反射后耦合进入返回光纤准直器输入端，返回光纤准直器输出端接返回光纤输入端，返回光纤输出端外接仪器主机。

所述壳体可设有左壳体和右壳体，所述样品室设于左壳体与右壳体之间。

所述光学反射部件设有至少1个反射镜，反射镜最好为镀耐腐蚀反射膜的锥面反射棱镜。

所述光分光部件最好为光纤耦合器。

本发明使用时，入射光纤准直器对从入射光纤输出端出射的光进行准直，准直后的光入射至分光部件；分光部件将准直后的入射光分成两路，其中一路作为参考光进入参考光光纤，另一路作为信息光进入样品室；参考光光纤传输参考光，将参考光导引回仪器主机；光学反射部件将来自于分光部件的信息光进行反射，信息光经一次或多次反射后进入返回光纤准直器；返回光纤准直器将穿越样品室的信息光进行准直；返回光纤将经由返回光纤准直后的信息光导引回仪器主机；

与现有的分光光度计检测头相比，本发明具有以下突出优点和效果：

1)由于本发明采用光纤式探头(检测头)，通过光纤传输提高了抗干扰性能。

2)由于本发明采用锥面反射棱镜，可得到一体化、结构紧凑的多光程吸收光学检测头，因此可在不增加样品室的长度下，增大吸收光程，减少杂散光干扰，提高灵敏度，并降低光学调整难度，而现有的国内外分光光度计均采用单吸收光程光学检测头结构。

3)由于设有参考光路，可显著提高检测稳定性，下面给出原因分析。

分光部件可将能量为I₁的入射光分成能量为I₁×R的信息光和能量为I₁×(1-R)的参考光，其中R为分光比；信息光通过样品室，透过率为t，光纤传输效率为P₁，那么经校正后检测到的参考光和信息光能量分别如下；

I_参考1＝I₁×(1-R)×Q₁×P₁        (2)

I_信息1＝I₁×R*×Q₂×P₁           (3)

假设探测使用时光纤的传输效率为P₂，入射光强度发生波动，强度变为I₂，那么检测到的参考光的能量为：

I_参考2＝I₂×(1-R)×Q₁×P₁×P₂    (4)

检测到的信息光能量的表达式为：

I_信息2＝I₂×R×Q₂×P₁×t×P₂     (5)

透过率：

t＝e^-αL                         (6)

那么：

I_参考2/I_参考1＝P₂×(I₂/I₁)       (7)

I_信息2/I_信息1＝t×P₂×(I₂/I₁)＝t×(I_参考2/I_参考1)    (8)

上述式中：α——为与被测物质本身有关的吸收系数；

L——为光在被测物质中所经过的路程长；

Q₁——为参考光的耦合系数；

Q₂——为信息光耦合系数。

从式(5)可知，检测到的信息光能量与校正后检测到的信息光能量的比值为t×P₂，它除了与待测量α有关，还与未知量P₂有关，且受到仪器光源波动的影响。从式(8)可知，通过计算使用前后参考光能量的比值，获得P₂，从而去除了使用时光纤传输效率P2和仪器光源强度波动的影响，从而可大大提高检测的稳定性。

从式(5)和式(6)可知，检测到的光强变化越大，即e^-αL越大，仪器原灵敏度越高。然而，只有L可以在仪器中做变动，而与被测物质相关的系数α在对某种被测物质进行测量时是固定的。本发明在去除了使用时光纤传输效率P2和仪器光源强度波动影响的同时，可使光束N次穿过被测物质，是光程增大了N-1倍，因此提高了光能的吸收，使灵敏度提高，可测更低浓度物质。如果有必要使灵敏度再提高，则可以使光经过更多次的反射就可以，原理上可以经过无数次的反射。

4)本发明可直接插入样品进行检测，在无专用比色皿、比色池的状况下工作。检测高效精确，适于快速测量，体积小巧，重量轻，便于携带，特别适用于现场实时检测和野外测量。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构组成示意图。

图2为本发明实施例2的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

参见如图1，本发明设有入射光纤1、入射光纤准直器2、光纤耦合器3(分光部件)、参考光纤5、返回光纤6、返回光纤准直器7、样品室8及锥面反射棱镜40、41和42。

入射光纤1的输入端入外接光源，入射光纤1的输出端与入射光纤准直器2输入端连接，入射光经入射光纤准直器2准直后输出的光经光纤耦合器3分光两路，其中一路作为参考光进入参考光纤5，另一路作为信息光进入所述的样品室8。信息光在所述的样品室8内经锥面反射棱镜40、41和42多次反射多次穿过样品，并经样品吸收后进入返回光纤准直器7，经返回光纤准直器7准直后耦合进入返回光纤6的输入端，再经返回光纤6的输出端通入外部仪器主机。

所述的光纤耦合器3可采用5％的分光片，其中参考光的能量为经所述的入射光纤准直器2准直后的光的能量的5％，信息光的能量为经所述的入射光纤准直器2准直后的光的能量的95％。所述锥面反射棱镜40、41与42为镀有耐腐蚀反射膜的锥面反射棱镜。所述的样品室8不封闭，设有进口81和出口82，便于检测物样品的进出。

实施例2

参见图2，与实施例1类似，区别在于，入射光纤1的输出端与光纤耦合器3(分光部件)连接，入射光经光纤耦合器3(分光部件)分为2路，其中1路作为参考光进入经光纤耦合器3的参考光输出端进入参考光纤5，另1路作为信息光经光纤耦合器3的信息光输出端进入入射光纤准直器2，经入射光纤准直器2准直后输出的信息光进入样品室8，经3个锥面反射棱镜40、41和42多次反射后多次穿过样品，并经样品吸收后信息光耦合进入返回光纤6，经返回光纤6导引至外部仪器主机。在图2中，其它标号为：7返回光纤准直器，81进口，82出口。

Claims (8)

1.分光光度计检测头，其特征在于设有壳体、入射光纤、参考光光纤、入射光纤准直器、分光部件、光学反射部件、返回光纤准直器、返回光纤和样品室；

入射光纤输入端外接光源，入射光纤输出端接入射光纤准直器，入射光纤准直器输出端接分光部件输入端，分光部件设有参考光输出端和信息光输出端，参考光输出端接参考光光纤，参考光光纤输出端外接仪器主机，信息光输出端的输出光进入样品室，并经光学反射部件反射后耦合进入返回光纤准直器输入端，返回光纤准直器输出端接返回光纤输入端，返回光纤输出端外接仪器主机。

2.如权利要求1所述的分光光度计检测头，其特征在于所述壳体设有左壳体和右壳体，所述样品室设于左壳体与右壳体之间。

3.如权利要求1所述的分光光度计检测头，其特征在于所述光学反射部件设有至少1个反射镜，反射镜为镀耐腐蚀反射膜的锥面反射棱镜。

4.如权利要求1所述的分光光度计检测头，其特征在于所述光分光部件为光纤耦合器。

5.分光光度计检测头，其特征在于设有壳体、入射光纤、分光部件、参考光光纤、入射光纤准直器、光学反射部件、返回光纤准直器、返回光纤和样品室；

入射光纤输入端外接光源，入射光纤输出端接分光部件输入端，分光部件设有参考光输出端和信息光输出端，参考光输出端接参考光光纤输入端，参考光光纤输出端外接仪器主机，信息光输出端接入射光纤准直器，入射光纤准直器的输出光进入样品室，并经光学反射部件反射后耦合进入返回光纤准直器输入端，返回光纤准直器输出端接返回光纤输入端，返回光纤输出端外接仪器主机。

6.如权利要求5所述的分光光度计检测头，其特征在于所述壳体设有左壳体和右壳体，所述样品室设于左壳体与右壳体之间。

7.如权利要求5所述的分光光度计检测头，其特征在于所述光学反射部件设有至少1个反射镜，反射镜为镀耐腐蚀反射膜的锥面反射棱镜。

8.如权利要求5所述的分光光度计检测头，其特征在于所述光分光部件为光纤耦合器。

Images