CN105842233A - 一种采集双波长电致化学发光光强信息的检测系统 - Google Patents

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和玉鹏
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Abstract

本发明涉及一种采集双波长电致化学发光光强信息的检测系统，包括电化学设备单元、ECL辐射产生装置单元、ECL辐射采集及信号转换装置单元和数据处理与控制单元；ECL辐射产生装置单元包括ECL池，ECL池内设置有工作电极、参比电极和对电极，ECL辐射采集及信号转换装置单元包括收集物镜、准直镜、二向色镜、两个PMT、PMT电源模块和示波器；示波器和电化学设备单元通过TTL信号线连接，示波器和电化学设备单元还分别数据处理与控制单元连接。本发明能同时准确地区分和比较两种不同波长的ECL辐射光强信息，能实时、原位和准确检测两种不同波长ECL辐射的光强变化，检测灵敏度高，检出限低、信噪比高。

Description

一种采集双波长电致化学发光光强信息的检测系统
技术领域
本发明涉及一种分别采集双波长电致化学发光光强信息的检测系统，属于电致化学检测技术领域。
背景技术
电致化学发光(Electrochemiluminescence，ECL)兼有电化学和化学发光的优点，是一种利用电化学方法激发某种物质并使之产生光辐射的分析技术。ECL分析技术无需激发光源，具有信噪比高、检测灵敏和装置简单的特点，已在生化分析、医学诊断等领域获得广泛应用。ECL检测装置通常以灵敏度高、时间响应快和接受面积大的光电转换元件(如光电倍增管，PMT)作为检测器，采取将ECL反应池直接近距离地组装在PMT前端的方式高效地采集ECL辐射总强度，以减少光损失、提高信噪比和分析灵敏度。
中国专利文件CN102706862A(申请号：201210141892.8)公开了一种叠加了新功能的电致化学发光分析检测装置，包括电解池以及插在电解池中的对电极、参比电极以及杆状玻碳电极，重点是，该装置的结构还包括金属弹力夹，该金属弹力夹的两个夹持臂呈现合抱杆状玻碳电极的电极杆的形态，至少在其中的一个夹持臂上装设有超声波换能器，以及，微孔材质的呈笔套状或试管状的超声波能量吸收器，参比电极的工作端深入该超声波能量吸收器的内腔。该电致化学发光分析检测装置仅仅是简单地对单波长电致化学发光进行检测分析。
目前，无论是商品化的ECL分析仪还是各实验室自行组装的ECL检测设备都是由化学发光分析仪(或PMT及其供电装置模块)和电化学仪器简单组合而成(Chem.Rev.2008,108,2506)。常规ECL检测装置无法对不同ECL物质的辐射信息加以区分，只能开展单组份分析研究。罗氏公司(ROCHE)生产的E1ecsys系列全自动电化学发光免疫分析仪和西安瑞迈分析仪器有限公司生产的MPI系列电化学发光检测仪是ECL分析仪研发现状的典型代表。但是，均不能采集双波长ECL发光信息。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明基于二向色镜对一定波长范围的光完全透过，对一定波长范围的光完全反射的特点，采用搭建封闭光路系统、提高不同波长ECL辐射采集效率和采用二向色镜区分光的方法，提供了一种可准确采集双波长ECL光强信息的检测系统，该系统不但背景噪声低，具有较高的分析灵敏度，而且能在线研究辐射波段不同的两种ECL物质，适用于双组分的ECL定性和定量分析。
本发明的技术方案如下：
一种采集双波长ECL光强信息的检测系统，包括电化学设备单元、ECL辐射产生装置单元、ECL辐射采集及信号转换装置单元和数据处理与控制单元；
所述的ECL辐射产生装置单元包括ECL池，所述的ECL池内设置有工作电极、参比电极和对电极，所述的工作电极、参比电极和对电极分别与电化学设备单元连接；
所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元包括收集物镜、准直镜、二向色镜、两个PMT、PMT电源模块和示波器；所述的工作电极的发光面正对所述收集物镜，所述的收集物镜、准直镜、二向色镜和两个PMT沿光路顺次设置，所述的两个PMT各自分别与PMT电源模块和示波器连接；
所述的示波器和电化学设备单元之间通过TTL信号线连接，且通过TTL信号触发实现同步运行，所述的示波器和电化学设备单元还分别跟数据处理与控制单元连接。由示波器所采集的ECL辐射光电压的信息和电化学设备单元所采集的电化学信息被同步输送到数据处理与控制单元，实现不同电化学状态下对两种不同波长ECL辐射光强信息的准确和同步采集。
本发明中，工作电极的发光面正对收集物镜，工作电极表面产生的ECL辐射经收集物镜收集后进入ECL辐射采集及信号转换装置单元，并经准直镜被转化为平行光，实现ECL辐射产生装置单元和ECL辐射采集及信号转换装置单元的光路衔接。平行光经由二向色镜分光后，分别进入两个不同的PMT；PMT可收集转换185nm至950nm波长的ECL辐射成为与ECL辐射强度正相关的电压信号，经由PMT产生的与ECL辐射强度正相关的电压信号由示波器输入至数据处理与控制单元。示波器和电化学设备单元分别跟数据处理与控制单元连接，独立地接受数据处理与控制单元的指令，并独立地向数据处理与控制单元输入所采集到的电压或电化学信息。
根据本发明，优选的，所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统还包括暗盒，所述的ECL辐射产生装置单元和ECL辐射采集及信号转换装置单元中的收集物镜、准直镜、二向色镜、PMT均设置在暗盒中。设置暗盒可隔绝外界杂散光。
根据本发明，优选的，所述的暗盒为不锈钢材质，暗盒外表面包覆绝缘材料，暗盒内表面固定设置耐腐蚀材料。不锈钢制暗盒不仅能保证整个系统在无需暗室和防尘的实验条件下正常运行，还能有效屏蔽包括宇宙射线在内的各种电磁辐射干扰。
根据本发明，优选的，所述的暗盒顶部设置有暗盒开关门，用于更换ECL池。
根据本发明，优选的，所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元还设置有光学套管，收集物镜、准直镜、二向色镜、PMT均设置在光学套管内；
进一步优选的，光学套管顶端设置有光学快门，用于在PMT处于工作状态下打开暗盒更换ECL池或电极等操作。光学套管为封闭性的，用于提高光路的整体性，同时避免经二向色镜分光形成的两束光相互干扰。
根据本发明，优选的，所述的暗盒设置有导线转接口，所述的工作电极、参比电极和对电极通过导线转接口分别与电化学设备单元连接，所述的两个PMT分别通过导线转接口与示波器连接，所述的PMT电源模块通过导线转接口与两个PMT连接。设置导线转接口可以在光路完全封闭的前提下满足电极、设备与外界接通的需要。
根据本发明，优选的，所述的ECL辐射产生装置单元还设置有ECL池支架，所述的ECL池固定在ECL池支架上；
进一步优选的，所述ECL池支架底部设置有通光孔，确保工作电极底部产生的ECL辐射最大程度进入ECL辐射采集及信号转换装置单元；
进一步优选的，所述的ECL池设置有电极固定装置，所述的工作电极、参比电极和对电极固定在电极固定装置上。这样可以使得工作电极相对于ECL池和收集物镜的几何位置保持恒定不变。
根据本发明，优选的，所述的电化学设备单元为能接受示波器的TTL信号触发而运行，或者，能直接产生TTL信号触发示波器同步运行的电化学分析仪。这样可以保证采用TTL触发的形式实现电化学设备单元和示波器的同步运行。
根据本发明，优选的，所述的数据处理与控制单元为计算机。数据处理与控制单元用于实现ECL辐射产生装置单元、ECL辐射采集及信号转换装置单元和电化学设备单元同步运行。
本发明的有益效果如下：
1、本发明能同时准确地区分和比较两种不同波长的ECL辐射的光强信息。
2、本发明能实时、原位和准确检测两种不同波长ECL辐射的光强变化，为ECL多组分分析研究提供一种新型的装置。
3、本发明对ECL辐射的光谱强度变化具有灵敏度高，检出限低和信噪比高的特点，可开展双组分ECL定量分析研究。
附图说明
图1为本发明采集双波长电致化学发光光强信息的检测系统的主体结构示意图。
其中：1、电化学分析仪，2、ECL池，3、电极固定装置，4、参比电极，5、对电极，6、工作电极，7、ECL池支架，8、暗盒，9、暗盒开关门，10、光学快门，11、收集物镜，12、准直镜，13、光学套管，14、二向色镜，15、PMT，16、PMT电源模块，17、导线转接口，18、示波器，19、计算机，20、TTL信号线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中采用FF410/504/582/669/Di01-25x36型号的二色向镜。选择该型号的二向色镜的原因在于CdSe量子点产生的550nm的ECL能被完全反射而CdTe量子点产生的700nm的ECL可以完全透射，分光效果显著，提高光强分辨精度。
实施例中所用电化学分析仪为VersaSTAT 3型电化学分析仪。
实施例1
一种采集双波长ECL光强信息的检测系统，包括电化学设备单元、ECL辐射产生装置单元、ECL辐射采集及信号转换装置单元和数据处理与控制单元；
所述的ECL辐射产生装置单元包括ECL池2，所述的ECL池2内设置有工作电极6、参比电极4和对电极5，所述的工作电极6、参比电极4和对电极5分别与电化学设备单元连接；
所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元包括收集物镜11、准直镜12、二向色镜14、两个PMT15、PMT电源模块16和示波器18；所述的工作电极6的发光面正对所述收集物镜11，所述的收集物镜11、准直镜12、二向色镜14和两个PMT15沿光路顺次设置，所述的两个PMT15各自分别与PMT电源模块16和示波器18连接；
所述的示波器18和电化学设备单元之间通过TTL信号线20连接，且通过TTL信号触发实现同步运行，所述的示波器18和电化学设备单元还分别跟数据处理与控制单元连接。
本实施例中所述的电化学设备单元为能接受示波器18的TTL信号触发而运行，或者，能直接产生TTL信号触发示波器18同步运行的电化学分析仪1。所述的数据处理与控制单元为计算机19。
实施例2
如实施例1所述，不同的是：
所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统还包括暗盒8，所述的ECL辐射产生装置单元和ECL辐射采集及信号转换装置单元中的收集物镜11、准直镜12、二向色镜14、PMT15均设置在暗盒8中。所述的暗盒8为不锈钢材质，暗盒8外表面包覆绝缘材料，暗盒8内表面固定设置耐腐蚀材料。所述的暗盒8顶部设置有暗盒开关门9，用于更换ECL池2。
实施例3
如实施例2所述，不同的是：
所述的暗盒8设置有导线转接口17，所述的工作电极6、参比电极4和对电极5通过导线转接口17分别与电化学设备单元连接，所述的两个PMT15分别通过导线转接口17与示波器18连接，所述的PMT电源模块16通过导线转接口17与两个PMT15连接。
实施例4
如实施例3所述，不同的是：
所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元还设置有光学套管13，收集物镜11、准直镜12、二向色镜14、PMT15均设置在光学套管13内；光学套管13顶端设置有光学快门10，用于PMT15工作状态下打开暗盒8更换ECL池2或电极等操作。
实施例5
如实施例4所述，不同的是：
所述的ECL辐射产生装置单元还设置有ECL池支架7，所述的ECL池2固定在ECL池支架7上；所述ECL池支架7底部设置大口径有通光孔，确保工作电极6底部产生的ECL辐射最大程度进入ECL辐射采集及信号转换装置单元；所述的ECL池2设置有电极固定装置3，所述的工作电极6、参比电极4和对电极5固定在电极固定装置3上。这样可以使得工作电极6相对于ECL池2和收集物镜11的几何位置保持恒定不变。
本发明系统的原理：
如图1所示，将含两种可以辐射不同波长ECL的物质及其共反应剂的溶液装入ECL池2中，电化学分析仪1的启动时通过TTL信号触发示波器18同步运行，在工作电极6表面产生双波长ECL辐射经收集物镜11进入ECL辐射采集及信号转换装置单元中，经由二向色镜14分光后不同波长的两路辐射分别进入两个PMT15,所产生的光电压信息经示波器18和由电化学分析仪1所采集的电化学信息被独立且同步输入计算机19中，进而实现不同电化学状态下的双波长电致化学发光光强信息的在线检测。
选择不同规格的二向色镜14可分离不同ECL物质产生二元复合光。适当增加不同波长范围二向色镜14进行多次滤光，可进行ECL多组分分析。

Claims (10)

1.一种采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，该系统包括电化学设备单元、ECL辐射产生装置单元、ECL辐射采集及信号转换装置单元和数据处理与控制单元；
所述的ECL辐射产生装置单元包括ECL池，所述的ECL池内设置有工作电极、参比电极和对电极，所述的工作电极、参比电极和对电极分别与电化学设备单元连接；
所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元包括收集物镜、准直镜、二向色镜、两个PMT、PMT电源模块和示波器；所述的工作电极的发光面正对所述收集物镜，所述的收集物镜、准直镜、二向色镜和两个PMT沿光路顺次设置，所述的两个PMT各自分别与PMT电源模块和示波器连接；
所述的示波器和电化学设备单元之间通过TTL信号线连接，且通过TTL信号触发实现同步运行，所述的示波器和电化学设备单元还分别跟数据处理与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，该系统还包括暗盒，所述的ECL辐射产生装置单元和ECL辐射采集及信号转换装置单元中的收集物镜、准直镜、二向色镜、PMT均设置在暗盒中。
3.根据权利要求2所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的暗盒为不锈钢材质，暗盒外表面包覆绝缘材料，暗盒内表面固定设置耐腐蚀材料。
4.根据权利要求2所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的暗盒顶部设置有暗盒开关门；
优选的，所述的暗盒设置有导线转接口，所述的工作电极、参比电极和对电极通过导线转接口分别与电化学设备单元连接，所述的两个PMT分别通过导线转接口与示波器连接，所述的PMT电源模块通过导线转接口与两个PMT连接。
5.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的ECL辐射采集及信号转换装置单元还设置有光学套管，收集物镜、准直镜、二向色镜、PMT均设置在光学套管内；
优选的，光学套管顶端设置有光学快门。
6.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的ECL辐射产生装置单元还设置有ECL池支架，所述的ECL池固定在ECL池支架上。
7.根据权利要求6所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述ECL池支架底部设置有通光孔。
8.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的ECL池设置有电极固定装置，所述的工作电极、参比电极和对电极固定在电极固定装置上。
9.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的电化学设备单元为能接受示波器的TTL信号触发而运行，或者，能直接产生TTL信号触发示波器同步运行的电化学分析仪。
10.根据权利要求1所述的采集双波长ECL光强信息的检测系统，其特征在于，所述的数据处理与控制单元为计算机。
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