CN103884428B - 一种快速微藻光谱测定仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速微藻光谱测定仪，是一种可以快速测定微藻吸收光谱的装置。由光源，滤光片，前狭缝，检测池，后狭缝，分光镜，检测器，自动取样装置等组成。可以在微藻培养过程中，在线连续采集近红外（约900nm）至近紫外（约350nm）的微藻吸收光谱数据，也可以取样后离线采集。本装置即可作为微藻生理状态评估使用，也可与控制系统偶联，作为自控系统的数据源。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速微藻光谱测定仪，本装置可用于微藻培养过程的检测及分析，作为微藻培养的辅助工具。
背景技术
目前的光谱测定或分析仪器大多价格昂贵且结构复杂，并且仪器设计的使用范围不适用于微藻培养的连续监测。
现在的微藻培养中需要一种可以连续监测，成本低廉，结构小巧紧凑，可以客户自由定制，以满足微藻培养过程监控的需要。
发明内容
本发明涉及一种快速微藻光谱测定仪。
一种快速微藻光谱测定仪，其包括光源、滤光片、前狭缝、检测池、后狭缝、分光镜、检测器。
检测池为中空的方形或圆柱形腔体，腔体侧壁面上设有二个相对应的透光窗口，透光窗口处设有窗口片，窗口片采用玻璃、石英或透光性好的塑料制成；于检测池的侧壁面上设有进样口和出样口；
前狭缝和后狭缝分别为一中部设有条状缝隙的平板；
光源发出的连续光谱通过滤光镜后作为检测光，检测光通过前狭缝到达检测池，检测光透过检测池中的对照样或待测样品后的透射光通过后狭缝射入分光镜，经过分光镜后待检光被分成按照波长排列的光带，光带投射到检测器上，得到被测样品的光谱。
分光镜是一种根据光栅分光原理制成的分光装置，可以将入射光分解成按波长连续分布的光带。
光源可选择各种可产生连续光谱的光源，可为卤素灯或LED，其光强可通过光源的控制电路调节。
滤光片跟据不同的光源选择不同滤光组成比的滤光片，使得透过滤光片的光的光谱峰更加平缓，有利于数据采集的准确性；
检测器是一种由线性图像传感器或面状图像传感器作为感光元件，并辅以驱动及数据转换电路的装置；可以将通过分光镜后产生的光谱光带的信息采集并传送给控制装置或计算机。
所述前狭缝和后狭缝分别是在不透光的硬质薄板上设有一条狭缝构成，狭缝的宽度可以是1mm~5mm不同规格，可以根据不同的微藻样品或不同的光源进行选择。
于所述前狭缝和/或后狭缝平板的一侧设有挡板，挡板上设有顶角为锐角的三角形缝隙或宽度为阶梯状的长条状缝隙，挡板上的缝隙的高度方向与前狭缝和/或后狭缝平板上缝隙的长度方向互相垂直，通过调节挡板上缝隙与狭缝和/或后狭缝平板上缝隙于光路上的相对位置，改变透过光线的强度，达到调节射入检测池光强的目的。
所述检测池进样口与一检测池进样管相连；检测池出样口与一自动采样装置通过检测池与自动采样装置连接管相连。
自动取样装置是一种通过改变内部容积从而可以通过与检测池连通的管道将样品吸入检测池或排出检测池，并可以在用户设定的程序控制下自动采样或清洗检测池。
所述自动采样装置为自动采样器。
本发明可以在微藻培养过程中，在线连续采集近红外（约900nm）至近紫外（约350nm）的微藻吸收光谱数据，也可以取样后离线采集。本装置即可作为微藻生理状态评估使用，也可与控制系统偶联，作为自控系统的数据源。
为了可以在微藻培养过程中连续监测微藻的光谱信息、结构简单、体积小巧，价格便宜且可自由定制参数，本专利采用小型分光镜替代复杂的光路系统，用LED或小型卤素灯或作为光源，小型图像传感器作为信号采集传感器，做到小型化，结构简单实用，价格低，可通过调节分光镜和传感器位置关系调整光谱监测范围，可通过控制光源强度、狭缝宽度或传感器灵敏度适应不同浓度的样品。
附图说明
下面是结合附图对本专利进行进一步说明。
图1是本专利的结构示意图；
图中1.光源，2.滤光镜，3.前狭缝，4.检测池，5.后狭缝，6.分光镜，7.检测器，8.自动采样装置，9.检测池进样管，10.检测池与自动采样装置连接管。
图2中对金藻和四爿藻进行了光谱吸收测定图；
图3中对30万、50万、100万、150万、200万的四爿藻进行光谱测定图；
图4中对两种微藻（金藻与四爿藻）混合培养过程的光谱测定图。
具体实施方式
在图1中，光源1发出的连续光谱通过滤光镜2使光谱变的更加平缓适合作为检测光，经过滤光片的光通过前狭缝3到达检测池4，透过检测池中的对照或样品后的透射光通过后狭缝5射入分光镜6经过分光镜后待检光被分成按照波长排列的光带，光带投射到检测器7上，得到被测样品的光谱。自动采样装置8在控制器或计算机的控制下按照用户设定的采样程序自动完成采样，清洗检测池等动作。光源1及传感器7也可以在控制器或计算机的控制下调整光强或变化灵敏度。
光源1采用欧司朗12V20W卤素灯，滤光镜2为蓝色滤光片红反射50%绿反射50%，前狭缝3为长度30mm宽度为20mm的1mm铝板在其中间设有宽度为2mm长度为5mm的缝隙，检测池4为由玻璃制成的圆柱形腔体，上端设有出样口，下端设有进样口，后狭缝5为长度30mm宽度为20mm的1mm铝板在其中间设有宽度为2mm长度为5mm的缝隙，分光镜6为采用600线对/mm透射光栅为主要分光元件制成的分光镜，检测器7为以东芝TCD1208线阵CCD传感器作为感光元件并辅以辅助电路制成，自动采样装置8为NIDEC00H220H12微型隔膜泵并辅以控制电路制成。
实施例1：对不同种类的微藻进行鉴别。
图2中对金藻和四爿藻进行了光谱吸收测定（图a），并根据光谱吸收曲线计算出不同的微藻在不同波长处的吸收比率（图b）。可以根据谱图的差异进行微藻种类的鉴别。图2中可以看到在450~580nm及700~750nm有明显的吸收差异，因此可以通过不同的微藻在不同位置的特征吸收用来鉴别微藻的种类。
实施例2：对微藻不同浓度下的光谱吸收，并得到藻密度。
图3中对30万、50万、100万、150万、200万的四爿藻进行光谱测定（图a），并根据光谱曲线计算出四爿藻不同浓度下的不同波长的吸收率（图b），选取680nm计算-log（A%）并与藻浓度得到线性曲线，在连续监测或离线测定时可以回算藻浓度。图3中选取680nm计算-log（A%）并与藻浓度得到线性曲线图c可以看出分别取藻密度为30万、50万、100万、150万、200万的四爿藻测定光谱吸收曲线后取680nm的透过率A%计算-log（A%）并以藻密度为横坐标，-log（A%）为纵坐标作图并计算其线性回归曲线，R2值为0.9926，对于一般微藻生长监测使用可以达到要求。因此本测定仪可以用于微藻培养过程的监测。
实施例3：在微藻连续培养过程中对培养过程变化的监测。
图4中对两种微藻（金藻与四爿藻）混合培养的过程进行了监测。测定了70小时培养过程中的光谱曲线（图a），并计算了不同培养阶段不同对不同波长的吸收率（图b）。本实施例中金藻与四爿藻混合培养比例为（金藻：四爿藻=200万：50万），随着培养时间的延长，四爿藻与金藻的浓度都在逐渐增加，但是四爿藻增长比例较快，到结束时的比例为（金藻：四爿藻=420万：250万）。在图a中随着微藻浓度的增加光谱透过强度逐渐减弱，从而亮度越来越暗，并且随着两种微藻比例的变化，明暗区域也发生了变化，并且在图b中480nm~580nm及700~750nm的位置更加明显。
Claims (9)
1.一种快速微藻光谱测定仪，其特征在于：其包括光源、滤光镜、前狭缝、检测池、后狭缝、分光镜和检测器；
检测池为中空的方形或圆柱形腔体，腔体侧壁面上设有二个相对应的透光窗口，透光窗口处设有窗口片，窗口片采用玻璃或石英；于检测池的侧壁面上设有进样口和出样口；
前狭缝和后狭缝分别为一中部设有条状缝隙的平板；
光源(1)为各种可产生连续光谱的光源，光源(1)发出的连续光谱通过滤光镜(2)后作为检测光，检测光通过前狭缝(3)到达检测池(4)，检测光透过检测池中的对照样或待测样品后的透射光通过后狭缝(5)射入分光镜(6)，经过分光镜后待检光被分成按照波长排列的光带，光带投射到检测器(7)上，得到被测样品的光谱。
2.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：分光镜是一种根据光栅分光原理制成的分光装置，将入射光分解成按波长连续分布的光带。
3.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：光源为各种可产生连续光谱的光源，其光强可通过光源的控制电路调节。
4.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：滤光镜根据不同的光源选择不同滤光组成比的滤光镜，使得透过滤光镜的光的光谱峰更加平缓，有利于数据采集的准确性。
5.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：检测器是一种由线性图像传感器或面状图像传感器作为感光元件，并辅以驱动及数据转换电路的装置；将通过分光镜后产生的光谱光带的信息采集并传送给控制装置或计算机。
6.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：所述前狭缝(3)和后狭缝(5)分别是在不透光的硬质薄板上设有一条狭缝构成，所述前狭缝(3)和后狭缝(5)的狭缝的宽度是1mm～5mm，根据不同的微藻样品或不同的光源进行选择。
7.根据权利要求1或6所述测定仪，其特征在于：于所述前狭缝(3)平板的一侧设有挡板，挡板上设有顶角为锐角的三角形缝隙或形状为阶梯状的长条状缝隙，挡板上的缝隙的高度方向与前狭缝(3)平板上缝隙的长度方向互相垂直，通过调节挡板上缝隙与前狭缝(3)平板上缝隙于光路上的相对位置，改变透过光线的强度，达到调节射入检测池光强的目的。
8.根据权利要求1所述测定仪，其特征在于：所述检测池进样口与一检测池进样管(9)相连；检测池出样口与一自动采样装置(8)通过检测池与自动采样装置连接管(10)相连。
9.根据权利要求8所述测定仪，其特征在于：
所述自动采样装置(8)为自动采样器。
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