CN103810523A - 高灵敏度激光微生物粒子计数器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高灵敏度激光微生物粒子计数器，具体地说是一种可连续运转的高灵敏度微生物粒子计数器，属于生物荧光技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述高灵敏度激光微生物粒子计数器，包括激光微生物粒子计数器本体，所述激光微生物粒子计数器本体包括激光器以及用于接收荧光的探测器；在所述激光器发射的激光光路上设置用于提高入射激光强度的谐振器，以在所述谐振器内得到高强度激光光束；利用高强度激光光束对检测气流进行激发并发出荧光，通过探测器接收所述荧光，以对气流内生物颗粒进行计数。本发明结构紧凑，能采用低功率激光，降低成本，提高灵敏度，提高空气颗粒物荧光检测的适用范围，体积小，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物粒子计数器，尤其是一种高灵敏度激光微生物粒子计数器，具体地说是一种可连续运转的高灵敏度微小微生物粒子计数器，属于生物荧光技术领域。
背景技术
未经特殊洁净处理的空气通常是包含大量细小颗粒状悬浮物的多组份气溶胶，随着空气污染的加剧，悬浮物的含量随之增高而且成份也愈加复杂，对空气的成分进行有效监测对工业生产及日常生活都尤为重要。利用激光散射的原理来监测空气中固态悬浮物的颗粒大小和含量，是一种较为方便的空气悬浮物检测技术，相应的检测设备被称为空气颗粒物计数器或者空气粒子计数器。公众较为关心的PM2.5含量，一般就是通过这种设备来测量的。普通的空气粒子计数器只测量单位体积中固态颗粒物的直径及个数，而对于这些颗粒物的化学或者生物特性则无能为力。
对于食品和药品生产领域来说，单纯测量固态颗粒悬浮物个数的粒子计数器已经不能满足需要，因为在这些领域不仅需要知道生产车间内空气悬浮物的多少，而且还要知道这些悬浮物有没有附着有大肠杆菌和霉菌等微生物。少量的没有细菌附着的固态颗粒物可能对于产品本身的影响不大，但附着有微生物的颗粒物却可以使产品变质甚至威胁使用者的生命。因此对这些领域来说，检测空气悬浮物是否附着有微生物比检测悬浮物本身更为重要。
传统检测空气悬浮物是否附着有微生物的方法一般是抽样培养法，也就是让空气快速通过网状小孔列阵，并在网状列阵孔后一定距离处放置含有培养液的琼脂，空气中的固态颗粒物会由于惯性在通过小孔列阵后射入琼脂内部，采样完成后，将琼脂送到培养箱培养6到12小时以上，若琼脂内的采集到的颗粒物含有细菌等微生物，则这些微生物则会大量繁殖，在紫外光的照射下将会发出明显的荧光。采用这种检测方法时，一旦发现琼脂内出现荧光，则必须停止生产并销毁6～12小时内所有产品，因此有一定的滞后性并容易造成较大的经济损失。
为了能达到实时检测的目的，国际上出现了一种基于实时荧光发射的微生物粒子计数器，其原理如图1所示。紫光或者紫外激光通过待检测空气流，若空气中有附着细菌等微生物的固态颗粒通过时颗粒物将发出荧光，荧光收集系统探测到荧光后系统将发出报警信号。这种检测装置可以做到实时检测，因此理论上完全符合食品和药品领域的实际需求。但由于空气中的颗粒物含量往往很低，使用普通激光作为光源时漏检率较高，为了产生足够强度的荧光，理论上可采用峰值功率为1MW以上的纳秒激光器，但性能稳定的纳秒激光器一般由于采用水冷系统而体积很大同时价格也很高，在实验室内用纳秒激光器进行验证性实验研究非常容易，但若做成可以商用的仪器则成本过高。目前利用荧光散射原理进行微生物粒子计数的产品大部分需要从国外进口，其所用激光光源占检测仪95%以上的成本，价格过高是阻碍空气颗粒物荧光检测进入广泛实际应用的一个关键因素。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高灵敏度激光微生物粒子计数器，其结构紧凑，能采用低功率激光，降低成本，提高灵敏度，提高空气颗粒物荧光检测的适用范围，体积小，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述高灵敏度激光微生物粒子计数器，包括激光微生物粒子计数器本体，所述激光微生物粒子计数器本体包括激光器以及用于接收荧光的探测器；在所述激光器发射的激光光路上设置用于提高入射激光强度的谐振器，以在所述谐振器内得到高强度激光光束；利用高强度激光光束对检测的气流进行激发并发出荧光，通过探测器接收所述荧光，以对空气生物颗粒进行计数。
所述谐振器包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜与第二反射镜间的距离等于入射激光波长的整数倍。
所述激光微生物粒子计数器本体还包括球面荧光反射镜、气流喷嘴及荧光汇聚透镜，所述荧光汇聚透镜位于探测器的正上方，球面荧光反射镜位于荧光汇聚透镜的正上方，气流喷嘴位于球面荧光反射镜与荧光汇聚透镜之间，且气流喷嘴位于第一反射镜与第二反射镜之间；气流喷嘴垂直于入射激光光束，且球面荧光反射镜与荧光汇聚透镜的轴线垂直于入射激光光束及气流喷嘴。
所述谐振器可包括第三反射镜，所述第三反射镜与第一反射镜、第二反射镜间形成环形。
所述第一反射镜及第二反射镜均采用反射率高于95%的反射镜。所述第三反射镜采用反射率高于95%的反射镜。所述激光器包括小功率固体激光器。
本发明的优点：荧光激发在谐振器的内部发生，谐振器内部激光强度可以是入射激光强度的103倍以上，从而可以将颗粒物所激发的荧光强度提高106倍以上，从而利用低功率的普通固体激光器就可以可靠地实现微生物粒子计数的功能，由于低功率激光器不需要水冷系统，因而具有体积小、价格低、结构紧凑、使用方便和可以24小时连续运转特点，提高灵敏度，提高空气颗粒物荧光检测的适用范围。
附图说明
图1为现有激光微生物粒子计数器的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-激光器、2-入射激光光束、3-球面荧光反射镜、4-气流喷嘴、5-荧光汇聚透镜、6-探测器、7-第一反射镜及8-第二反射镜。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示：为了克服现有激光微生物粒子计数器，降低成本，提高检测灵敏度，本发明包括激光微生物粒子计数器本体，所述激光微生物粒子计数器本体包括激光器1以及用于接收荧光的探测器6；在所述激光器1发射的激光光路上设置用于提高入射激光强度的谐振器，以在所述谐振器内得到高强度激光光束；利用高强度激光光束对检测的气流进行激发并发出荧光，通过探测器6接收所述荧光，以对空气生物颗粒进行计数。
具体地，激光器1发射的入射激光光束2进入谐振器内，并在谐振器内通过谐振效应提高入射激光光束2的激光强度，以在谐振器内得到高强度激光光束，通过高强度激光光束对检测的气流进行激发并发出荧光，探测器6对荧光接收后对空气生物颗粒进行计数。进一步地，当探测器6对空气生物颗粒进行计数后的数值大于设定的阈值时，探测器6能启动报警信息以进行检测报警。本发明实施例中，由于通过谐振器能提高入射激光光束2的激光强度，因此，激光器1可以采用小功率固体激光器，一般地，小功率固体激光器的功率高于10mW，采用小功率固体激光器能有效降低整个激光微生物粒子计数器的成本。
所述谐振器包括第一反射镜7及第二反射镜8，所述第一反射镜7与第二反射镜8间的距离等于入射激光波长的整数倍。所述第一反射镜7及第二反射镜8均采用反射率高于95%的反射镜。本发明实施例中，第一反射镜7及第二反射镜8的反射率较高时，可以有效提高入射激光光束2的激光强度，当采用其他反射率的反射镜时，则能得到对应提高入射激光光束2的激光强度，具体实施时，可以根据需要进行选择。
本发明实施例中，所述激光微生物粒子计数器本体还包括球面荧光反射镜3、气流喷嘴4及荧光汇聚透镜5，所述荧光汇聚透镜5位于探测器6的正上方，球面荧光反射镜3位于荧光汇聚透镜5的正上方，气流喷嘴4位于球面荧光反射镜3与荧光汇聚透镜5之间，且气流喷嘴4位于第一反射镜7与第二反射镜8之间；气流喷嘴4垂直于入射激光光束2，且球面荧光反射镜3与荧光汇聚透镜5的轴线垂直于入射激光光束2及气流喷嘴4。
上述球面荧光反射镜3、气流喷嘴4及荧光汇聚透镜5的功能及原理与现有激光微生物粒子计数器相同，气流喷嘴4用于喷射待检测气体的气流，气流喷嘴4喷射的气流垂直于入射激光光束2，荧光汇聚透镜5与球面荧光反射镜3同轴分布，球面荧光反射镜3、荧光汇聚透镜5、气流喷嘴4及入射激光光束2分别位于相互垂直的三维平面上。
进一步地，所述谐振器还可以包括第三反射镜，所述第三反射镜与第一反射镜7、第二反射镜8间形成环形。所述第三反射镜采用反射率高于95%的反射镜。通过第三反射镜能进一步提高荧光检测的灵敏度，第三反射镜在图中未示出。具体实施时，第三反射镜不能位于气流喷嘴4的气路上，第一反射镜7、第二反射镜8及第三反射镜形成的环形谐振腔，通过环形谐振腔能对入射激光光束2进行谐振以提高激光强度。此外，谐振器还可以采用更多的反射镜，所述谐振器的形状为“8”字形或“Z”字形，具体反射镜的数量及形状可以根据需要进行设置，只要能对入射激光光束2进行谐振提高激光强度即可。
实施例
设入射激光光束2的入射振幅为A0，第一反射镜7和第二反射镜8的反射率都设为α，则第一反射镜7的第一次透射光的振幅为
第n次反射光的振幅为
最终第一反射镜7和第二反射镜8之间的激光场总振幅为
若第一反射镜7及第二反射镜8的反射率α为99.9%，则第一反射镜7和第二反射镜8之间光强为增强为原来入射激光的1000倍。根据荧光激发原理，相应的荧光光强也增强为原来的106倍，从而大幅度提高探测灵敏度。
本发明荧光激发在谐振器的内部发生，谐振器内部激光强度可以是入射激光强度的103倍以上，从而可以将颗粒物所激发的荧光强度提高106倍以上，从而利用低功率的普通固体激光器就可以可靠地实现微生物粒子计数的功能。由于低功率激光器不需要水冷系统，因而具有体积小、价格低、结构紧凑、使用方便和可以24小时连续运转特点。
Claims (7)
1.一种高灵敏度激光微生物粒子计数器，包括激光微生物粒子计数器本体，所述激光微生物粒子计数器本体包括激光器（1）以及用于接收荧光的探测器（6）；其特征是：在所述激光器（1）发射的激光光路上设置用于提高入射激光强度的谐振器，以在所述谐振器内得到高强度激光光束；利用高强度激光光束对检测的气流进行激发并发出荧光，通过探测器（6）接收所述荧光，以对空气生物颗粒进行计数。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述谐振器包括第一反射镜（7）及第二反射镜（8），所述第一反射镜（7）与第二反射镜（8）间的距离等于入射激光波长的整数倍。
3.根据权利要求2所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述激光微生物粒子计数器本体还包括球面荧光反射镜（3）、气流喷嘴（4）及荧光汇聚透镜（5），所述荧光汇聚透镜（5）位于探测器（6）的正上方，球面荧光反射镜（3）位于荧光汇聚透镜（5）的正上方，气流喷嘴（4）位于球面荧光反射镜（3）与荧光汇聚透镜（5）之间，且气流喷嘴（4）位于第一反射镜（7）与第二反射镜（8）之间；气流喷嘴（4）垂直于入射激光光束（2），且球面荧光反射镜（3）与荧光汇聚透镜（5）的轴线垂直于入射激光光束（2）及气流喷嘴（4）。
4.根据权利要求3所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述谐振器包括第三反射镜，所述第三反射镜与第一反射镜（7）、第二反射镜（8）间形成环形。
5.根据权利要求2所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述第一反射镜（7）及第二反射镜（8）均采用反射率高于95%的反射镜。
6.根据权利要求4所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述第三反射镜采用反射率高于95%的反射镜。
7.根据权利要求2所述的高灵敏度激光微生物粒子计数器，其特征是：所述激光器（1）包括小功率固体激光器。
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Citations (4)
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2014
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