CN103234950A - 并行双光路激光诱导荧光光谱仪 - Google Patents

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Abstract

一种并行双光路激光诱导荧光光谱仪，包括激光光源、第一平面反射镜、检测槽、毛细管柱、共焦光学测量模块、半反半透镜、第二平面反射镜、渐变滤光片、步进电机、样品光电倍增管、参考光电倍增管、控制板和色谱数据采集处理器；第一平面反射镜将来自激光光源的激光束导向共焦光学测量模块内的半反半透镜，激光束经半反半透镜反射至毛细管柱并激发样品发出荧光束，然后穿过半反半透镜输入至样品光电倍增管而形成样品光路，同时激光束穿过半反半透镜经第二平面反射镜反射后，透过用于平衡双光路能量的渐变滤光片输入至参考光电倍增管而形成参考光路，控制板对样品光路信号和参考光路信号进行处理并输入色谱数据采集处理器。本发明排除了激光光源强度变化的影响，提高了测量精度。

Description

并行双光路激光诱导荧光光谱仪
技术领域
本发明涉及一种激光诱导荧光光谱测量装置，具体涉及一种并行双光路激光诱导荧光光谱仪，属于激光光谱技术领域。
背景技术
激光光谱以其极高的分辨率、灵敏度、精确度以及无损、安全、快速等优点而成为激光技术的主要研究领域。随着激光光谱技术研究的深入开展，其在生物学、医学等技术领域中得到了广泛应用，其中比较受关注的是研究物组织的自体荧光。
当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当光源停止照射时，这种光线随之消失。这种在激发光诱导下产生的光称为荧光，能发出荧光的物质称为荧光物质。几乎所有物质分子都有吸收光谱，但不是所有物质都会发荧光，即并非所有物质都是荧光物质。物质产生荧光必须具备以下条件：①该物质分子必须具有与所照射的光线相同的频率，这与分子的结构密切相关。②吸收了与本身特征频率相同的能量之后的物质分子，必须具有高的荧光效率。由荧光的发光原理可知，分子荧光光谱与激发光源的波长无关，只与荧光物质本身的能级结构有关，所以，可以根据荧光谱线对荧光物质进行定性分析鉴别。
激光诱导荧光光谱仪就是应用上述原理对物质进行检测的装置。请参阅图1，现有激光诱导荧光光谱仪一般包括激光光源02、平面反射镜01、毛细管柱03、检测槽04、共焦光学测量模块05、光电倍增管06和色谱数据采集处理器07，其中，注入被测物质样品的毛细管柱03设置于检测槽04内，激光光源02发出的激光经平面反射镜01反射后导入共焦光学测量模块05，并且射向毛细管柱03中的样品，样品被激光激发后发出具有强度变化的荧光并通过共焦光学测量模块05输入光电倍增管06，该光电倍增管06将强度变化的光信号放大并转为电信号且输入色谱数据采集处理器07。
上述激光诱导荧光光谱仪为单光路结构，其优点是结构简单，然而也存在有较大的缺陷：由光电倍增管06输出的样品信号的强度变化，不仅包含有激光光源02发射激光强度的变化，而且含有光电倍增管06暗电流的变化以及系统杂光（包括漏光）等因素，因此会导致对样品测量的误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有激光诱导荧光光谱仪的不足，提供一种并行双光路激光诱导荧光光谱仪，其能够排除激光光源强度变化的影响，具有结构简单、检测精度高的优点。
本发明解决其技术问题采取的技术方案如下：
一种并行双光路激光诱导荧光光谱仪，包括激光光源、第一平面反射镜、检测槽、毛细管柱、共焦光学测量模块、半反半透镜、第二平面反射镜、渐变滤光片、步进电机、样品光电倍增管、参考光电倍增管、控制板和色谱数据采集处理器；所述第一平面反射镜置于所述激光光源的前方，并且将来自激光光源的激光束导向置于所述共焦光学测量模块之内的半反半透镜，用以注入被测物质的样品的毛细管柱设置于共焦光学测量模块后侧的检测槽内，所述第二平面反射镜通过所述半反半透镜与第一平面反射镜相对，所述样品光电倍增管置于共焦光学测量模块的前方，所述参考光电倍增管置于该第二平面反射镜的前方，由所述步进电机驱动旋转的渐变滤光片设置于该第二平面反射镜与参考光电倍增管之间，所述激光束经所述半反半透镜反射至所述毛细管柱并激发所述样品发出强度变化的荧光束，然后穿过半反半透镜输入至所述样品光电倍增管而形成样品光路，同时所述激光束穿过该半反半透镜经所述第二平面反射镜反射后，透过用于平衡双光路能量的渐变滤光片输入至所述参考光电倍增管而形成与所述样品光路并行的参考光路，所述控制板同时与该样品光电倍增管、参考光电倍增管和步进电机连接，并且对来自样品光电倍增管的样品光路信号和来自参考光电倍增管的参考光路信号进行处理，然后输入与该控制板连接的色谱数据采集处理器。
所述的控制板对来自样品光电倍增管的样品光路信号和来自参考光电倍增管的参考光路信号进行处理是指，所述控制板对样品光路信号和参考光路信号进行如下具体运算处理：
1）当毛细管柱3中充满缓冲液时，测得仪器归一因子
K=IR/IS
2)在毛细管柱3中注入被测物质的样品后，测得
I样=（IS/IR)*K
式中，
IR—参考光路信号，
IS—样品光路信号，
K—双光路归一系数，
I样—消除光源强度变化影响后的样品信号。
所述的渐变滤光片为一能够以其中心轴旋转，且使穿过其有效工作区的入射光的吸光度随其旋转角度而改变的光学元件。
所述的渐变滤光片用于平衡双光路能量是指，在所述毛细管柱中充满缓冲液时，比较样品光路信号与参考光路信号的信号强度，当参考光路信号强度大于样品光路信号强度一个数量级以上时，所述步进电机控制渐变滤光片向吸光度增加的方向旋转，直至样品光路信号与参考光路信号的强度之比小于一个数量级。
与现有的技术比较，本发明采用了双光路的结构，在原有样品光路的基础上增加了参考光路，并在控制板中对该两光路输入的样品光路信号与参考光路信号进行处理，扣除了参考光路信号的光源变化的因素，从而达到了排除激光光源强度变化影响的目的，取得了提高测量精度的效果。
附图说明
图1为现有激光诱导荧光光谱仪的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，所述并行双光路激光诱导荧光光谱仪包括有激光光源2、第一平面反射镜1、检测槽4、毛细管柱3、共焦光学测量模块5、半反半透镜6、第二平面反射镜7、渐变滤光片9、步进电机8、样品光电倍增管11、参考光电倍增管10、控制板12和色谱数据采集处理器13。
所述激光光源2用于发射激光束，所述第一平面反射镜1置于所述激光光源2的前方，所述毛细管柱3用以注入被测物质的样品，并且设置于所述检测槽4内，所述检测槽4置于所述共焦光学测量模块5的后侧，所述半反半透镜6置于该共焦光学测量模块5之内，所述第二平面反射镜7通过所述半反半透镜6与第一平面反射镜1相对，所述样品光电倍增管11置于共焦光学测量模块5的前方，所述参考光电倍增管10置于第二平面反射镜7的前方，由步进电机8驱动旋转的渐变滤光片9设置于该第二平面反射镜7与参考光电倍增管10之间，所述控制板12同时与样品光电倍增管11、参考光电倍增管10和步进电机8连接，所述色谱数据采集处理器13与该控制板12连接。
所述第一平面反射镜1将来自激光光源2的激光束导向所述共焦光学测量模块5中的半反半透镜6，该激光束经半反半透镜6反射至所述毛细管柱3并激发样品发出强度变化的荧光束穿过半反半透镜6输入至样品光电倍增管11，形成样品光路，同时所述激光束穿过半反半透镜6经第二平面反射镜7反射后，透过用于平衡双光路能量的渐变滤光片9输入至参考光电倍增管10，形成与所述样品光路并行的参考光路，所述控制板12对来自样品光电倍增管11的样品光路信号和来自参考光电倍增管10的参考光路信号进行处理，然后输入色谱数据采集处理器13。
所述控制板12对样品光路信号和参考光路信号进行如下具体运算处理：
1）当毛细管柱3中充满缓冲液时，测得仪器归一因子
K=IR/IS
2)在毛细管柱3中注入被测物质的样品后，测得
I样=（IS/IR)*K
式中，
IR—参考光路信号，
IS—样品光路信号，
K—双光路归一系数，
I样—消除光源强度变化影响后的样品信号。
这时得到的样品信号I样就消除了光源强度变化的影响。
所述步进电机8和渐变滤光片9能够平衡双光路能量的工作原理：
因为参考光路由激光透过共焦光学测量模块5中半反半透镜6后直接形成的，因此参考光路信号强度为样品光路信号强度的数个数量级的倍数，为了使双光路在能量强度基本平衡（参考光路的信号强度不大于样品光路信号强度一个数量级）的状态下工作，所以设置步进电机8和渐变滤光片9。渐变滤光片9为一能够以其中心轴旋转，并且使穿过其有效工作区的入射光的吸光度（减光能力）随其本身旋转角度而改变的光学元件。在毛细管柱3中充满缓冲液时，比较样品光路信号与参考光路信号的信号强度，当参考光路的信号强度大于样品光路信号强度一个数量级以上时，控制步进电机8使渐变滤光片9向吸光度增加的方向旋转，直至两个光路信号强度之比小于一个数量级。

Claims (4)

1.一种并行双光路激光诱导荧光光谱仪，包括激光光源、检测槽、毛细管柱、共焦光学测量模块和色谱数据采集处理器，其特征在于：所述激光诱导荧光光谱仪还包括有第一平面反射镜、半反半透镜、第二平面反射镜、渐变滤光片、步进电机、样品光电倍增管、参考光电倍增管和控制板，所述第一平面反射镜置于所述激光光源的前方，并且将来自激光光源的激光束导向置于所述共焦光学测量模块之内的半反半透镜，用以注入被测物质的样品的毛细管柱设置于共焦光学测量模块后侧的检测槽内，所述第二平面反射镜通过所述半反半透镜与第一平面反射镜相对，所述样品光电倍增管置于共焦光学测量模块的前方，所述参考光电倍增管置于该第二平面反射镜的前方，由所述步进电机驱动旋转的渐变滤光片设置于该第二平面反射镜与参考光电倍增管之间，所述激光束经所述半反半透镜反射至所述毛细管柱并激发所述样品发出强度变化的荧光束，然后穿过半反半透镜输入至所述样品光电倍增管而形成样品光路，同时所述激光束穿过该半反半透镜经所述第二平面反射镜反射后，透过用于平衡双光路能量的渐变滤光片输入至所述参考光电倍增管而形成与所述样品光路并行的参考光路，所述控制板同时与该样品光电倍增管、参考光电倍增管和步进电机连接，并且对来自样品光电倍增管的样品光路信号和来自参考光电倍增管的参考光路信号进行处理，然后输入与该控制板连接的色谱数据采集处理器。
2.根据权利要求1所述的并行双光路激光诱导荧光光谱仪，其特征在于：所述的控制板对来自样品光电倍增管的样品光路信号和来自参考光电倍增管的参考光路信号进行处理是指，所述控制板对样品光路信号和参考光路信号进行如下具体运算处理：
1）当毛细管柱3中充满缓冲液时，测得仪器归一因子
K=IR/IS
2)在毛细管柱3中注入被测物质的样品后，测得
I样=（IS/IR)*K
式中，
IR—参考光路信号，
IS—样品光路信号，
K—双光路归一系数，
I样—消除光源强度变化影响后的样品信号。
3.根据权利要求1所述的并行双光路激光诱导荧光光谱仪，其特征在于：所述的渐变滤光片为一能够以其中心轴旋转，且使穿过其有效工作区的入射光的吸光度随其旋转角度而改变的光学元件。
4.根据权利要求3所述的并行双光路激光诱导荧光光谱仪，其特征在于：所述的渐变滤光片用于平衡双光路能量是指，在所述毛细管柱中充满缓冲液时，比较样品光路信号与参考光路信号的信号强度，当参考光路信号强度大于样品光路信号强度一个数量级以上时，所述步进电机控制渐变滤光片向吸光度增加的方向旋转，直至样品光路信号与参考光路信号的强度之比小于一个数量级。
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