CN104297231A - 一种电化学发光光谱仪 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电化学发光光谱仪，通过处理器向电化学发光池的驱动电路发送控制指令，以驱动该电化学发光池产生电化学发光信号，之后，由光谱测量电路采集多种发光物质产生的电化学发光信号，并从中得到相应的光谱信息后，经光电转换器对包含有该光谱信息的光信号进行光电转换，将得到的电信号发送给数据采集器进行处理，得到相应的光谱数据后发送至处理器进行存储并处理，或直接上传给计算机进行处理，确定出各发光物质。由此可见，与现有技术相比，本发明实现了对多种发光物质的同时检测，扩大了检测范围。

Description

一种电化学发光光谱仪

技术领域

本发明主要涉及电化学发光技术领域，更具体说是一种电化学发光光谱仪。

背景技术

经调查发现，电化学发光分析法凭借其灵敏度高、仪器设备简单、操作方便、易于实现自动化等优点，已被广泛应用到生物、医学、药学、临床、环境、食品、免疫和核酸杂交分析和工业分析领域，为解决人类面临的各种重大问题发挥着重要作用。

在实际应用中，由于电化学发光的光强度比较低，需要高灵敏度的检测器件才能够进行检测，因而，现有技术的电化学发光仪器通常是将发光信号给光电倍增管，由该光电倍增管来准度地检测发光信号的光强度，以确定该电化学发光池的发光情况。

随着各领域对电化学发光仪器的检测要求的提高，目前亟需进一步了解各发光物质的发光情况，然而，现有的电化学发光仪器只能检测出电化学发光信号的总光强，无法分辨出不同波长的发光信号分别是哪个发光物质发出的，也就是说，现有的电化学发光仪器只能用来对具有单一发光物质的电化学发光池产生的发光信号的发光强度进行检测，大大限制了检测范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电化学发光光谱仪，通过对电化学发光信号的光谱信息进行测量，实现了对多个发光物质的同时检测，扩大了该电化学发光光谱仪的检测范围。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种电化学发光光谱仪，其特征在于，所述电化学发光光谱仪包括：

处理器；

电化学发光池；

分别与所述处理器和所述电化学发光池连接，接收所述处理器输出的控制指令驱动所述电化学发光池产生电化学发光信号的驱动电路；

通过光路与所述电化学发光池连接，获取所述电化学发光信号中的光谱信息的光谱测量电路；

与所述光谱测量电路连接，将包含有所述光谱信息的光信号转换成电信号的光电转换器；

与所述光电转换器连接，将所述光电转换器输出的电信号转换成相应的光谱数据，并将所述光谱数据发送给所述处理器的数据采集器。

优选的，当所述驱动电路驱动所述电化学发光信号产生电化学电流信号时，所述电化学发光光谱仪还包括：

分别与所述电化学发光池和所述数据采集器连接，测量所述电化学电流信号的电流测量电路；

则所述数据采集器将接收到的所述电化学电流信号转换成相应的数据发送至所述处理器。

优选的，所述光谱测量电路包括：

通过光路与所述电化学发光池连接，按照所述电化学发光信号中包含的波长种类，对所述电化学发光信号进行分离，得到多个单一波长的光信号的分光镜；

通过光路与所述分光镜和所述光电转换器连接，将所述多个单一波长的光信号依次发送至所述光电转换器的单色器。

优选的，所述分光镜为透射式光栅分光镜、反射式光栅分光镜或棱镜分光镜。

优选的，所述单色器为数字微镜或机械狭缝单色器。

优选的，当所述分光镜为透射式光栅分光镜，且所述单色器为所述数字微镜时，所述电化学发光光谱仪还包括：第一狭缝、入射透镜、聚焦镜和第一出射透镜，其中：

所述第一狭缝和所述入射透镜位于所述透射式光栅分光镜和所述电化学发光池之间，所述电化学发光池产生的光束经过所述第一狭缝后射入所述入射透镜，形成平行光束射入所述透射式光栅分光镜；

所述聚焦镜位于所述透射式光栅分光镜和所述数字微镜之间，将所述透射式光栅分光镜输出的多个单一波长的光信号汇聚到所述数字微镜上的不同位置；

所述第一出射透镜位于所述数字微镜和所述光电转换器之间，将所述数字微镜反射出的单一波长的光信号汇聚到光电转换器。

优选的，当所述分光镜为反射式光栅分光镜，且所述单色器为所述数字微镜时，所述电化学发光光谱仪还包括：第二狭缝和第二出射透镜，其中：

所述第二狭缝位于所述发射式光栅分光镜和所述电化学发光池之间，所述电化学发光池产生的光束经过所述狭缝后射入所述发射式光栅分光镜，由所述发射式光栅分光镜将射入的光束分离成多个单一波长的光信号并反射至所述数字微镜的不同位置；

所述第二出射透镜位于所述数字微镜和所述光电转换器之间，将所述数字微镜反射出的单一波长的光信号汇聚到光电转换器。

优选的，所述驱动电路包括：

与所述处理器连接，接收所述处理器输出的控制指令，并将所述控制指令转化为电压信号输出的信号发生器，所述控制指令为电位数据；

分别与所述信号发生器和电化学发光池连接，将接收到的所述电压信号施加到所述电化学发光池上，控制所述电化学发光池产生电化学发光信号和电化学电流信号的电位控制器。

优选的，所述电流测量电路具体为零阻电流计电路。

优选的，所述光电转换器为光电倍增管。

由此可见，与现有技术相比，本申请提供了一种电化学发光光谱仪，通过处理器向电化学发光池的驱动电路发送控制指令，以驱动该电化学发光池产生电化学发光信号，之后，由光谱测量电路采集该电化学发光信号，并从中得到相应的光谱信息后，经光电转换器对包含有该光谱信息的光信号进行光电转换，将得到的电信号发送给数据采集器进行处理，得到相应的光谱数据后发送至处理器进行存储并处理，或直接上传给计算机进行处理，确定出各发光物质。由此可见，与现有技术相比，本发明实现了对多种发光物质的同时检测，扩大了检测范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种电化学发光光谱仪实施例一的结构示意图；

图2为本发明一种电化学发光光谱仪实施例二的结构示意图；

图3为本发明一种电化学发光光谱仪实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种电化学发光光谱仪，通过处理器向电化学发光池的驱动电路发送控制指令，以驱动该电化学发光池产生电化学发光信号，之后，由光谱测量电路采集该电化学发光信号，并从中得到相应的光谱信息后，经光电转换器对包含有该光谱信息的光信号进行光电转换，将得到的电信号发送给数据采集器进行处理，得到相应的光谱数据后发送至处理器进行存储并处理，或直接上传给计算机进行处理，确定出各发光物质。由此可见，与现有技术相比，本发明实现了对多种发光物质的同时检测，扩大了检测范围。

实施例一：

参照图1所示的本发明一种电化学发光光谱仪实施例一的结构示意图，本实施例中的电化学发光光谱仪可以包括：处理器101、驱动电路102、电化学发光电池103、光谱测量电路104、光电转换器105和数据采集器106，其中：

驱动电路102分别与所述处理器101和所述电化学发光池103连接，接收所述处理器101输出的控制指令驱动所述电化学发光池103产生电化学发光信号。

在本实施例中，处理器101内部可存储一种或多种电化学分析方法的程序，如循环伏安法程序，线性扫描伏安法程序，计时电流法程序，计时库仑法程序，计时电位法程序，时间电流曲线法程序，差分脉冲伏安法程序，常规脉冲伏安法程序，差分常规脉冲伏安法程序，双差分常规脉冲伏安法程序，方波伏安法程序，阶梯波伏安法程序，塔菲尔曲线法程序，整体电解法程序，阴极溶出伏安法程序，阳极溶出伏安法程序，电位溶出伏安法程序，交流循环伏安法程序和交流线性扫描伏安法程序等，可根据实际需要进行选择，本发明对此不作具体限定。

基于此，在实际应用中，处理器101可根据所存储的电化学分析方法的程序，产生相应的控制指令发送给驱动电路102，该控制指令具体可以为电位数据。

当然，本发明还可以通过与该处理器101连接的上位机或计算机等设备，向驱动电路103发送控制指令，本发明对此不作具体限定，其中，该上位机或计算机可以通过USB接口、RS232接口或蓝牙接口等与处理器101连接，本发明该连接方式不作具体限定。

另外，在实际应用中，该电化学发光池103通常包括多种发光物质，具体组成属于本领域现有技术，本发明在此不再详述。

其中，当该电化学发光池103接收到驱动信号(如电压信号)后，将会产生电化学发光信号和电化学电流信号，需要说明的是，本实施例仅针对该电化学发光信号的测量和分析进行详述说明，而对于电化学电流信号的测量可参照实施例二，此处不再赘述。

可选的，本发明中的驱动电路102具体可以包括：信号发生器和电位控制器，其中：

信号发生器与所述处理器101连接，接收所述处理器101输出的控制指令，并将所述控制指令转化为电压信号输出。

其中，该控制指令可以是由处理器101根据存储的电化学分析方法的程序输出的，也可以是由与该处理器相连的上位机或计算机等设备通过处理器向该信号发生器发送控制指令，本发明对此不作具体限定。本实施例中，该控制指令可以为电位数据。

电位控制器分别与所述信号发生器和电化学发光池103连接，将接收到的所述电压信号施加到所述电化学发光池103上，控制所述电化学发光池产生电化学发光信号和电化学电流信号。

光谱测量电路104通过光路与所述电化学发光池103连接，获取所述电化学发光信号中的光谱信息。

可选的，该光谱测量电路104可以包括：分光镜和单色器，其中：

分光镜通过光路与所述电化学发光池103连接，按照所述电化学发光信号中包含的波长种类，对所述电化学发光信号进行分离，得到多个单一波长的光信号。

其中，该分光镜具体可以为透射式光栅分光镜、反射式光栅分光镜或棱镜分光镜等等，本发明对此不作具体限定，只要能够得到单一波长的光信号即可。

单色器通过光路与所述分光镜和所述光电转换器105连接，将所述多个单一波长的光信号依次发送至所述光电转换器。

其中，该单色器具体可以为数字微镜或机械狭缝单色器等，但并不限于此，本实施例可优选数字微镜对接收到的多个具有单一波长的光信号进行选择。

在实际应用中，由于数字微镜是一种微型机械-光学集成电路，由多个微型反光镜片组成矩阵，每个镜片可独立打开关闭，因而，本实施例可通过对芯片的驱动信号进行选择控制，可实现选择性反射具有单一波长的光信号，以便将所接收到的多个单一波长的光信号依次发射出，即每次可选择一种具有单一波长的光信号进行发射。

光电转换器105与所述光谱测量电路104连接，将包含有所述光谱信息的光信号转换成电信号。

其中，该光电转换器105具体可以为光电倍增管。

数据采集器106分别与所述光电转换器105和处理器101连接，将所述光电转换器105输出的电信号转换成相应的光谱数据，并将所述光谱数据发送给所述处理器101。

在本实施例的实际应用中，当处理器101接收到光谱数据后，可利用预设程序对其进行分析处理，以确定不同波长的光信号对应的发光物质，具体的，该处理器101中可预存各发光物质与各单一波长光信号的对应关系，通过对光谱数据的分析确定所包含的波长种类，进而据此确定各发光物质，但本发明对光谱数据分析过程并不限于这一种方式，只要能够确定不同波长的光信号对应的发光物质即可。

作为本发明另一实施例，处理器101接收到光谱数据后，还可以将其发送给与该处理器101连接的上位机或计算机进行分析，以确定各波长的光信号对应的发光物质，具体过程与处理器的分析过程相同，本发明对此不再赘述。

当然，处理器101得到光谱数据后，还可以先对其进行存储，当需要时，将其发送给现有的光谱分析仪，确定出各波长光信号对应的发光物质。

基于上述分析可知，本实施例通过光谱测量电路采集电化学发光池产生的电化学发光信号，并从中得到各发光物质产生的各波长的光信号的光谱信息后，经光电转换器对包含有该光谱信息的光信号进行光电转换，将得到的电信号发送给数据采集器进行处理，得到相应的光谱数据后发送至处理器进行存储并处理，或直接上传给计算机进行处理，确定出各发光物质，由此可见，本发明实现了对多种发光物质的同时检测，扩大了检测范围。

实施例二：

参照图2所示的本发明一种电化学发光光谱仪实施例二的结构示意图，该电化学发光光谱仪具体可以包括：处理器201、信号发生器202、电位控制器203、电化学发光电池204、分光镜205、单色器206、光电倍增管207、数据采集器208和数据测量电路209，其中：

信号发生器202与所述处理器201连接，接收所述处理器201输出的控制指令，并将所述控制指令转化为电压信号输出。

其中，该控制指令可以是由处理器201根据存储的电化学分析方法的程序输出的，也可以是由与该处理器201相连的上位机或计算机等设备通过处理器向该信号发生器202发送控制指令，本发明对此不作具体限定。本实施例中，该控制指令可以为电位数据。

电位控制器203分别与所述信号发生器202和电化学发光池204连接，将接收到的所述电压信号施加到所述电化学发光池204上，控制所述电化学发光池204产生电化学发光信号和电化学电流信号。

分光镜205通过光路与所述电化学发光池204连接，按照所述电化学发光信号中包含的波长种类，对所述电化学发光信号进行分离，得到多个具有单一波长的光信号。

其中，该分光镜205具体可以为透射式光栅分光镜、反射式光栅分光镜或棱镜分光镜等等，本发明对此不作具体限定，只要能够得到单一波长的光信号即可。

单色器206通过光路与所述分光镜205和所述光电倍增管207连接，将所述多个单一波长的光信号依次发送至所述光电倍增管207，由该光电倍增管207将包含有所述光谱信息的光信号转换成电信号输出。

其中，该单色器206具体额可以为数字微镜或机械狭缝单色器等，但并不限于此，本实施例可优选数字微镜对接收到的多个具有单一波长的光信号进行选择。

数据采集器208与所述光电倍增管207和处理器201连接，将所述光电倍增管207输出的电信号转换成相应的光谱数据，并将该光谱数据发送给处理器201。

当处理器接收到光谱数据后，可利用预设程序对其进行分析处理，以确定不同波长的光信号对应的发光物质，具体的，该处理器中可预存各发光物质与各单一波长光信号的对应关系，通过对光谱数据的分析确定所包含的波长种类，进而据此确定各发光物质，但本发明对光谱数据分析过程并不限于这一种方式，只要能够确定不同波长的光信号对应的发光物质即可。

当然，当处理器接收到光谱数据后，还可以将其发送给与该处理器连接的上位机或计算机进行分析，以确定各波长的光信号对应的发光物质，处理器还可以保存该光谱数据，在需要时，将其发送给现有的光谱分析仪，确定出各波长光信号对应的发光物质，本发明对此不作具体限定。

另外，电流测量电路209分别与数据采集器208和电化学发光池204连接，测量该电化学发光池204产生的电化学电流信号，则所述数据采集器208将接收到的所述电化学电流信号转换成相应的数据发送至处理器201。

其中，该电流测量电路209具体可以为零阻电流计电路，其电流测量范围为1nA-5mA，但本发明并不限于此。

由此可见，当电化学发光池产生的光束包括多种发光物质产生的多种波长的光信号时，本实施例利用分光镜对其进行分离，从而得到多个具有单一波长的光信号，之后，由单色器将这多个具有单一波长的光信号依次发射至光电倍增管，从而得知各发光物质的发光强度，由此可见，本实施例实现了对多种发光物质的同时检测，提高了检测效率，且扩大了本发明电化学发光光谱仪的检测范围。

实施例三：

参照图3所示的一种电化学发光光谱仪实施例三的结构示意图，该电化学发光光谱仪可以包括：处理器301、信号发生器302、电位控制器303、电化学发光池304、透射式光栅分光镜305、数字微镜306，光电倍增管307、数据采集器308、电流测量电路309，第一狭缝310、入射透镜311、聚焦镜312和第一出射透镜313，其中：

第一狭缝310和入射透镜311位于透射式光栅分光镜305和所述电化学发光池304之间，该电化学发光池304产生的光束(即由电化学发光信号形成)经过第一狭缝310后射入该入射透镜311，形成平行光束后射入透射式光栅分光镜305。

本实施例中，电化学发光池304产生的光束可以为多个发光物质产生的不同波长的光信号。

在实际应用中，可根据实际需要调整第一狭缝310、入射透镜311和透射式光栅分光镜305之间的位置关系，本发明对此不作具体限定，如图3所示，该第一狭缝310和入射透镜311均可以竖直放置，而透射式光栅分光镜305可以与水平面成一定夹角。

所述聚焦镜312位于所述透射式光栅分光镜305和所述数字微镜306之间，将所述透射式光栅分光镜305输出的多个单一波长的光信号汇聚到所述数字微镜306上的不同位置。

同理，该聚焦镜312的安装位置可以根据透射式光栅分光镜305和所述数字微镜306的安装位置确定，只要能够实现上述功能即可，本发明对此不作具体限定。

第一出射透镜313位于所述数字微镜306和所述光电倍增管307之间，将所述数字微镜306反射出的单一波长的光信号汇聚到光电倍增管307。

在实际应用中，该数字微镜306反可选择将一路具有单一波长的光信号反射至光电倍增管307。

需要说明的是，除去上述标号，对于本实施例中与上述实施例一和实施例二相同部件的连接关系及其功能，可参照实施例一和实施例二中对应部分的描述，本实施例在此不再赘述。

由此可见，本实施例实现了对电化学发光池中多种发光物质的同时检测，确定了各发光物质的发光强度，与现有技术中只能检测电化学发光池产生的发光信号的总强度相比，扩大了适用范围，而且，方便技术人员对电化学发光池的发光情况的深入了解，以便对其进行改良。

可选的，作为本发明另一实施例，在上述实施例二的基础上，当分光镜为反射式光栅分光镜、单色器为数字微镜时，本实施例所提供的电化学发光光谱仪还可以包括第二狭缝和第二出射透镜，其中：

所述第二狭缝位于所述发射式光栅分光镜和所述电化学发光池之间，所述电化学发光池产生的光束经过所述狭缝后射入所述发射式光栅分光镜，由所述发射式光栅分光镜将射入的光束分离成多个单一波长的光信号并反射至所述数字微镜的不同位置。

所述第二出射透镜位于所述数字微镜和所述光电转换器之间，将所述数字微镜反射出的单一波长的光信号汇聚到光电转换器。

需要说明的是，本实施例与上述实施例三相比，将光栅分光镜类型改变后，节省了入射透镜和聚焦镜，只要合理调整第二狭缝、第二出射透镜、反射式光栅分光镜以及数字微镜之间的位置关系，保证光路的正常通行即可，本发明在此不再详述。

另外，对于本实施例中的第二狭缝与实施例三中的第一狭缝相同，第二出射透镜与第一出射透镜相同，也就是说，本发明中的“第一”、“第二”等并不表示顺序和数量，仅仅是为了方便各不同实施例的描述和理解。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电化学发光光谱仪，其特征在于，所述电化学发光光谱仪包括：

处理器；

电化学发光池；

分别与所述处理器和所述电化学发光池连接，接收所述处理器输出的控制指令驱动所述电化学发光池产生电化学发光信号的驱动电路；

通过光路与所述电化学发光池连接，获取所述电化学发光信号中的光谱信息的光谱测量电路；

与所述光谱测量电路连接，将包含有所述光谱信息的光信号转换成电信号的光电转换器；

与所述光电转换器连接，将所述光电转换器输出的电信号转换成相应的光谱数据，并将所述光谱数据发送给所述处理器的数据采集器。

2.根据权利要求1所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，当所述驱动电路驱动所述电化学发光信号产生电化学电流信号时，所述电化学发光光谱仪还包括：

分别与所述电化学发光池和所述数据采集器连接，测量所述电化学电流信号的电流测量电路；

则所述数据采集器将接收到的所述电化学电流信号转换成相应的数据发送至所述处理器。

3.根据权利要求1所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述光谱测量电路包括：

通过光路与所述电化学发光池连接，按照所述电化学发光信号中包含的波长种类，对所述电化学发光信号进行分离，得到多个单一波长的光信号的分光镜；

通过光路与所述分光镜和所述光电转换器连接，将所述多个单一波长的光信号依次发送至所述光电转换器的单色器。

4.根据权利要求3所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述分光镜为透射式光栅分光镜、反射式光栅分光镜或棱镜分光镜。

5.根据权利要求4所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述单色器为数字微镜或机械狭缝单色器。

6.根据权利要求5所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，当所述分光镜为透射式光栅分光镜，且所述单色器为所述数字微镜时，所述电化学发光光谱仪还包括：第一狭缝、入射透镜、聚焦镜和第一出射透镜，其中：

所述第一狭缝和所述入射透镜位于所述透射式光栅分光镜和所述电化学发光池之间，所述电化学发光池产生的光束经过所述第一狭缝后射入所述入射透镜，形成平行光束射入所述透射式光栅分光镜；

所述聚焦镜位于所述透射式光栅分光镜和所述数字微镜之间，将所述透射式光栅分光镜输出的多个单一波长的光信号汇聚到所述数字微镜上的不同位置；

所述第一出射透镜位于所述数字微镜和所述光电转换器之间，将所述数字微镜反射出的单一波长的光信号汇聚到光电转换器。

7.根据权利要求5所述电化学发光光谱仪，其特征在于，当所述分光镜为反射式光栅分光镜，且所述单色器为所述数字微镜时，所述电化学发光光谱仪还包括：第二狭缝和第二出射透镜，其中：

所述第二狭缝位于所述发射式光栅分光镜和所述电化学发光池之间，所述电化学发光池产生的光束经过所述狭缝后射入所述发射式光栅分光镜，由所述发射式光栅分光镜将射入的光束分离成多个单一波长的光信号并反射至所述数字微镜的不同位置；

所述第二出射透镜位于所述数字微镜和所述光电转换器之间，将所述数字微镜反射出的单一波长的光信号汇聚到光电转换器。

8.根据权利要求2-7任一项所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述驱动电路包括：

与所述处理器连接，接收所述处理器输出的控制指令，并将所述控制指令转化为电压信号输出的信号发生器，所述控制指令为电位数据；

分别与所述信号发生器和电化学发光池连接，将接收到的所述电压信号施加到所述电化学发光池上，控制所述电化学发光池产生电化学发光信号和电化学电流信号的电位控制器。

9.根据权利要求8所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述电流测量电路具体为零阻电流计电路。

10.根据权利要求9所述的电化学发光光谱仪，其特征在于，所述光电转换器为光电倍增管。