CN103940793B - 荧光检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于物质检测技术领域，具体涉及一种荧光检测系统的使用方法。荧光检测方法，它基于一种荧光检测系统，该系统中的激发光源(1)发射出散射光线将依次经光学透镜(2)、光栏(3)以窄光束的形式照射到样品池(4)上，数字颜色传感器A(5)布置在与窄光束垂直的方位，接收被样品散射的光线；数字颜色传感器B(6)布置在与窄光束平行的方位，接收穿透样品的光线；单片机(7)用于切换数字颜色传感器A(5)、数字颜色传感器B(6)的颜色通道，并根据数字颜色传感器A(5)、数字颜色传感器B(6)输送的信号进行计算样品的相对荧光值；显示屏(8)用于显示单片机(7)计算出的相对荧光值；本发明可实现对荧光样品的定量检测。
Description
技术领域
本发明属于物质检测技术领域，具体涉及一种荧光检测系统及其检测方法。
背景技术
近年来，荧光物质检测已经被广泛用于生物，化工，质检等行业。而大部分荧光物质，如荧光蛋白等在激发光的照射条件下，会吸收部分波长的光线，同时将其转化为另一波长的荧光。
目前，生物以及非生物荧光检测采用的系统大致分为两类：1、斜透射式，即光源与接收传感器之间成90-180度角，运用在传感器前加滤光片的方法测得某波段实际荧光的相关强度。2、反射式，即光源与传感器之间成0-90度角，运用在光电倍增管前加滤光片的方法测得某波段实际荧光的相对强度；
以上方法如下问题：1.运用窄带滤光片，削弱了荧光的检测能力，而在不利用滤光片的情况很难对荧光进行定量检测。2.运用传感器输出为模拟信号，需要进行AD转换以及电路去噪设计，增大的系统的复杂性。3.运用单传感器对光强进行单方面检测，受溶液自身透明度以及光源噪声的影响较大。4.系统庞大，占用空间大，不易携带。
发明内容
本发明的目的是：提出一种荧光检测系统及检测方法，能够在无窄带滤光片的条件下进行荧光检测；
本发明的技术方案是：荧光检测系统，它包括：激发光源、光学透镜、光栏、样品池、数字颜色传感器A、数字颜色传感器B、单片机以及显示屏；
激发光源用于发出具有频谱的散射光线；
光学透镜将散射光线转化为平行光线；
光栏用于限定平行光线的孔径；
样品池为四通比色皿，用于盛放待测样品；
激发光源发射出散射光线将依次经光学透镜、光栏以窄光束的形式照射到样品池上，数字颜色传感器A布置在与窄光束垂直的方位，用于接收被样品散射的光线；数字颜色传感器B布置在与窄光束平行的方位，用于接收穿透样品的光线；单片机用于切换数字颜色传感器A、数字颜色传感器B的颜色通道，并根据数字颜色传感器A、数字颜色传感器B输送的信号进行计算样品的相对荧光值；显示屏用于显示单片机计算出的相对荧光值。
荧光检测方法，它基于上述的荧光检测系统，它包括以下步骤：
A.对基底物质进行检测；
A1.将基底物质放入样品池中，并开启荧光检测系统；
A2.利用单片机控制数字颜色传感器B的颜色通道，得到基底物质存在时数字颜色传感器B绿色通道感受到的光强值G1，以及蓝色通道感受到的光强值B1；
A3.同理得到数字颜色传感器A绿色通道感受到的光强值G2，以及蓝色通道感受到的光强值B2；
B.对待测样品的进行检测；
B1.将待测样品放在基底物质上，并开启荧光检测系统；
B2.利用单片机控制数字颜色传感器B的颜色通道，并采集得到待测样品存在时数字颜色传感器B绿色通道感受到的光强值G1’，以及蓝色通道感受到的光强值B1’；
B3.同理得到数字颜色传感器A绿色通道感受到的光强值G2’，以及蓝色通道感受到的光强值B2’；
C.计算得到相对荧光值；
C1.单片机根据公式FV＝k×[a×(G1’-G1)-b×(B1’-B1)]计算得到数字颜色传感器B检测到的相对荧光值FV；其中，k是一个常数，不同待测物质对应不同的k值，a、b分别表示数字颜色传感器B绿色通道和蓝色通道的相对灵敏度，与数字颜色传感器B的型号有关；
C2.同理计算得到数字颜色传感器A检测到的相对荧光值FH；
D.判断所述待测样品是否存在杂质；
利用公式W＝FV/(FV-FH)判断所述待测样品是否存在杂质；当W＝1时，说明所述待测样品透明度高；当W＞1时，说明所述待测样品中存在杂质；
E.当所述待测样品透明度高时，直接取数字颜色传感器B检测得到的相对荧光值FV作为检测结果；当所述待测样品中存在杂质时，取FV-FH的值作为检测结果。
本发明的有益效果是：(1)采用数字颜色传感器的颜色通道差值法计算荧光物质含量，增加了系统的灵敏度；
(2)因采用双正交布置的数字颜色传感器，故取消了窄带滤光片，增强了系统的检测能力；
(3)数字颜色传感器以方波信号向外输出，从而不产生由AD转换时所造成的误差；
(4)运用与窄光束垂直的数字颜色传感器，降低了非荧光性的杂质对检测造成的影响。
(5)运用单片机处理数字颜色传感器发出的数字信号，在不损失检测限的条件下减小体积并降成本。
附图说明
图1为本发明的原理组成示意图；
图2为待测物质出现杂质时FH与FV的变化示意图，其中纵坐标为FH与FV的比值，浑浊度W＝1时FH约等于0；
图3示出了在25-50ng/mol，梯度为5ng/mol的荧光素钠样品中实测荧光数值点；其中横轴为荧光素钠浓度，纵轴为利用本发明得到的相对荧光值，直线为理论的标准曲线，R值为相关系数，当R接近于1时，可以认为该测量点与理论直线基本重合；
图4示出了在50-250ng/mol，梯度为50ng/mol的样品中实测荧光数值点；其中横轴为荧光素钠浓度，纵轴为利用本发明得到的相对荧光值，直线为理论的标准曲线。
具体实施方式
参见附图1，荧光检测系统，它包括：激发光源1、光学透镜2、光栏3、样品池4、数字颜色传感器A5、数字颜色传感器B6、单片机7以及显示屏8；
激发光源1用于发出具有频谱的散射光线；
光学透镜2将散射光线转化为平行光线；
光栏3用于限定平行光线的孔径；
样品池4为四通比色皿，用于盛放待测样品；
数字颜色传感器A5与数字颜色传感器B6以方波形式向单片机7输出；
激发光源1发射出散射光线将依次经光学透镜2、光栏3以窄光束的形式照射到样品池4上，数字颜色传感器A5布置在与窄光束垂直的方位，用于接收被样品散射的光线；数字颜色传感器B6布置在与窄光束平行的方位，用于接收穿透样品的光线；单片机7用于切换数字颜色传感器A5、数字颜色传感器B6的颜色通道，并根据数字颜色传感器A5、数字颜色传感器B6输送的信号进行计算样品的相对荧光值；显示屏8用于显示单片机7计算出的相对荧光值。
数字颜色传感器A5与数字颜色传感器B6均具有蓝色和绿色两个颜色通道，具体型号可以是TAOS公司的TCS3200D颜色传感器。
荧光检测方法，它基于如上所述的荧光检测系统，并包括以下步骤：
A.对基底物质进行检测；
A1.将基底物质放入样品池4中，并开启荧光检测系统；
A2.利用单片机7控制数字颜色传感器B6的颜色通道，得到基底物质存在时数字颜色传感器B6绿色通道感受到的光强值G1，以及蓝色通道感受到的光强值B1；
A3.同理得到数字颜色传感器A5绿色通道感受到的光强值G2，以及蓝色通道感受到的光强值B2；
B.对待测样品的进行检测；
B1.将待测样品放在基底物质上，并开启荧光检测系统；
B2.利用单片机7控制数字颜色传感器B6的颜色通道，并采集得到待测样品存在时数字颜色传感器B6绿色通道感受到的光强值G1’，以及蓝色通道感受到的光强值B1’；
B3.同理得到数字颜色传感器A5绿色通道感受到的光强值G2’，以及蓝色通道感受到的光强值B2’；
C.计算得到相对荧光值；
C1.单片机7根据公式FV＝k×[a×(G1’-G1)-b×(B1’-B1)]计算得到数字颜色传感器B6检测到的相对荧光值FV；其中，k是一个常数，不同待测物质对应不同的k值，a、b分别表示数字颜色传感器B6绿色通道和蓝色通道的相对灵敏度，与数字颜色传感器B6的型号有关；
C2.同理计算得到数字颜色传感器A5检测到的相对荧光值FH；
待测物质中没有杂质时，由于此时荧光主要反应于数字颜色传感器B6中颜色通道中吸收光线与发射光线的的差值，而散射荧光的影响对数字颜色传感器A5造成的影响小于数字颜色传感器B6值的3％，即FH/FV小于3％，故此时FH近似为0；
参见附图2，D.判断所述待测样品是否存在杂质；
利用公式W＝FV/(FV-FH)判断所述待测样品是否存在杂质；当W＝1时，说明所述待测样品透明度高；若杂质存在时，FH/FV会在散射的影响下增大从而导致W值大于1；
E.当所述待测样品透明度高时，直接取数字颜色传感器B6检测得到的相对荧光值FV作为检测结果；当所述待测样品中存在杂质时，取FV-FH的值作为检测结果；
数字颜色传感器B6、数字颜色传感器A5将光强信号转化为方波信号输出，单片机7以定时计脉冲数量或扫描脉冲间隔的方式对方波信号进行采集，即：
目前市面上的各种单片机，如C51，430以及ARM系列均有其自身的中断系统，该系统可以读取某个引脚上方波的下降沿从而产生中断，在接收下降沿时暂停当前正在执行的程序而进入中断相关的处理函数；由于颜色传感器输出的方波频率会出现一定的正负误差，故光强信号转化为数字可存储的二进制信号可用下面两种可切换的模式来实现；
扫描脉冲间隔模式：首先在单片机7中建立一个长度为N数组；运用单片机的中断系统，读取方波中相邻下降沿的时间间隔，并利用该间隔对数组进行刷新，即用该间隔对应的变量替换数组中的旧元素；在每次需要对荧光强度进行取样时，计算数组中N个元素取平均值，即可得较为稳定的相对光强值；
定时计脉冲数量模式：运用单片机7中断系统的的计数器以及定时器，读取传感器单位时间内输出脉冲个数，即可得相对光强值；
扫描脉冲间隔模式对单片机7的速度要求较高，适合荧光实时监控等采样率较高场合；定时计脉冲数量模式较简单，对单片机7的要求较低，适用于荧光强度稳定，采样率较低的场合；该系统中，两种模式分别对应两种函数，和通过软件函数调用的方式切换。
Claims (2)
1.荧光检测方法，它基于一种荧光检测系统，
荧光检测系统包括：激发光源(1)、光学透镜(2)、光栏(3)、样品池(4)、数字颜色传感器A(5)、数字颜色传感器B(6)、单片机(7)以及显示屏(8)；
激发光源(1)用于发出具有频谱的散射光线；
光学透镜(2)将散射光线转化为平行光线；
光栏(3)用于限定平行光线的孔径；
样品池(4)为四通比色皿，用于盛放待测样品；
激发光源(1)发射出散射光线将依次经光学透镜(2)、光栏(3)以窄光束的形式照射到样品池(4)上，数字颜色传感器A(5)布置在与窄光束垂直的方位，用于接收被样品散射的光线；数字颜色传感器B(6)布置在与窄光束平行的方位，用于接收穿透样品的光线；单片机(7)用于切换数字颜色传感器A(5)、数字颜色传感器B(6)的颜色通道，并根据数字颜色传感器A(5)、数字颜色传感器B(6)输送的信号进行计算样品的相对荧光值；显示屏(8)用于显示单片机(7)计算出的相对荧光值；
数字颜色传感器A(5)与数字颜色传感器B(6)均具有蓝色和绿色两个颜色通道；
荧光检测方法包括以下步骤：
A.对基底物质进行检测；
A1.将基底物质放入样品池(4)中，并开启荧光检测系统；
A2.利用单片机(7)控制数字颜色传感器B(6)的颜色通道，得到基底物质存在时数字颜色传感器B(6)绿色通道感受到的光强值G1，以及蓝色通道感受到的光强值B1；
A3.同理得到数字颜色传感器A(5)绿色通道感受到的光强值G2，以及蓝色通道感受到的光强值B2；
B.对待测样品的进行检测；
B1.将待测样品放在基底物质上，并开启荧光检测系统；
B2.利用单片机(7)控制数字颜色传感器B(6)的颜色通道，并采集得到待测样品存在时数字颜色传感器B(6)绿色通道感受到的光强值G1’，以及蓝色通道感受到的光强值B1’；
B3.同理得到数字颜色传感器A(5)绿色通道感受到的光强值G2’，以及蓝色通道感受到的光强值B2’；
C.计算得到相对荧光值；
C1.单片机(7)根据公式FV＝k×[a×(G1’-G1)-b×(B1’-B1)]计算得到数字颜色传感器B(6)检测到的相对荧光值FV；其中，k是一个常数，不同待测物质对应不同的k值，a、b分别表示数字颜色传感器B(6)绿色通道和蓝色通道的相对灵敏度，与数字颜色传感器B(6)的型号有关；
C2.同理计算得到数字颜色传感器A(5)检测到的相对荧光值FH；
D.判断所述待测样品是否存在杂质；
利用公式W＝FV/(FV-FH)判断所述待测样品是否存在杂质；当W＝1时，说明所述待测样品透明度高；当W＞1时，说明所述待测样品中存在杂质；
E.当所述待测样品透明度高时，直接取数字颜色传感器B(6)检测得到的相对荧光值FV作为检测结果；当所述待测样品中存在杂质时，取FV-FH的值作为检测结果。
2.如权利要求1所述的荧光检测方法，其特征在于，数字颜色传感器B(6)、数字颜色传感器A(5)将光强信号转化为方波信号输出，单片机(7)以定时计脉冲数量或扫描脉冲间隔的方式对方波信号进行采集。
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