CN106338341A - 光谱检测器 - Google Patents
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Abstract
提供一种光谱检测器,包括:光源(11),用于产生多色光;单个衍射光栅(13);激发光学系统,用于将来自光源(11)的光引导到衍射光栅(13)上,用于从通过衍射光栅(13)衍射的光中选择一个波长,以及用于将选定波长的光作为激发光投射到样品中;检测光学系统,用于将从被激发光照射的样品发出的观测光引导到衍射光栅(13)上并使观测光色散;以及光电检测器(15),用于检测由检测光学系统色散的观测光。通过在激发光学系统和检测光学系统两者中使用一个衍射光栅(13),减少了衍射光栅的数目,由此实现装置的成本降低以及小型化两者。
Description
技术领域
本发明涉及一种光谱检测器,该光谱检测器用于利用特定波长的激发光来照射样品,使得从样品发出的诸如荧光或者拉曼光的观测光色散,以及检测色散光。例如,这种光谱检测器用于分析从液相色谱仪中的管柱中洗脱出的样品。
背景技术
通常,光谱检测器已经被用于样品的分析,该样品在从液相色谱仪的管柱中被洗脱出之后进入流动单元(参见专利文献1)。
图4A是专利文献1中描述的光谱检测器90的俯视图,以及图4B是相同的检测器的前视图。在这个光谱检测器90中,如图4A所示,多色光从光源91产生,光源91包括氙灯。在被激发光反射镜921反射之后,这个光通过狭缝961并落在激发光衍射光栅931的表面上,激发光衍射光栅931使光色散为光谱。从光的这个光谱之中,特定波长的光通过狭缝94并且进入流动单元C作为激发光。单元C中的样品被这个激发光照射并且发出观测光。可旋转的激发光衍射光栅931是可旋转的。通过转动这个光栅931,从光源91的多色光中被提取出并被引入流动单元C的激发光的波长根据需要被分析的样品的种类而被改变。
如图4B所示,从样品产生的观测光通过被放置在流动单元C之内的反射镜(没有示出)反射,以便通过出射窗W被提取到流动单元C的外侧。在通过观测光反射镜922被反射之后,光经过狭缝962并落在观测光衍射光栅932的表面上,观测光衍射光栅932使光色散为光谱。通过转动观测光衍射光栅932,在光谱内的每个波长的光量可以利用光电检测器95被检测到。例如,光电二极管阵列或者光电倍增管被用作光电检测器95。应当注意的是,为了使光学系统容易观察,观测光反射镜922和观测光衍射光栅932从图4A中被省略,同时激发光反射镜921、激发光衍射光栅931和狭缝94从图4B中被省略。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP 2008-256530 A
发明内容
技术问题
如前所述,在专利文献1中公开的光谱检测器中,使用了两个衍射光栅。衍射光栅是昂贵的光学元件,衍射光栅在其制造过程中需要高精度的加工处理。使用两个这样的衍射光栅不可避免地增加了光谱检测器的成本。此外,使用大量光学元件增加了整个光学系统的尺寸,这最终导致了光谱检测器的整体尺寸的增加。
本发明要解决的问题是提供一种光谱检测器,该光谱检测器需要更少衍射光栅,从而使装置的成本降低和小型化两者成为可能。
解决方案
为解决前述问题而开发出的根据本发明的光谱检测器,包括:
a)光源,用于产生多色光;
b)单个衍射光栅;
c)激发光学系统,用于将来自光源的光引导到衍射光栅上,用于从通过衍射光栅衍射的光中选择一个波长,以及用于将选定波长的光作为激发光投射到样品中;
d)检测光学系统,用于将从被激发光照射的样品发出的观测光引导到衍射光栅上并使观测光色散;以及
e)光电检测器,用于检测由光学检测系统色散的观测光。
在根据本发明的光谱检测器中,一个衍射光栅在激发光学系统和检测光学系统两者中通用。因此,使用的衍射光栅的数目仅为一个,比惯用的数量少。因此,由衍射光栅引起的成本减少。此外,包括激发光学系统和检测光学系统的整个光学系统尺寸上更小,这样光谱检测器可以同样减小尺寸。
在根据本发明的光谱检测器中,较佳的是,在衍射光栅上,在激发光的入射面和观测光的入射面之间提供一个位置差。根据这个结构,由两束光,即入射在衍射光栅上的激发光和观测光的衍射产生的两个光谱在不同的位置形成,由此防止激发光变为杂散光并且进入光电检测器。
根据本发明的光谱检测器可以进一步包括:光栅驱动器,用于转动衍射光栅;以及光电检测器驱动器,用于将光电检测器移动到观测光的衍射光被引入到光电检测器中的位置,其中观测光的衍射光随着衍射光栅的转动而移动。根据这个结构,可以转动衍射光栅,以便改变投射到样品中的激发光的波长,同时使得随着转动操作而移动的观测光的衍射光被准确地引入到光电检测器中。然而,在投射到样品中的激发光的波长是固定的情形中,没有必要提供光栅驱动器和光电检测器驱动器,比如重复地执行含有相同目标要素的样品的测量的情形。
本发明的有益效果
根据本发明,可以将光谱检测器中使用的衍射光栅的数目减少到只有一个,从而使装置的成本降低和小型化两者成为可能。
附图说明
图1是显示根据本发明的光谱检测器的一个实施例的俯视图。
图2是显示本实施例的光谱检测器的示意性结构的立体图。
图3是显示在本实施例的光谱检测器中的部件的垂直位置关系的模型图。
图4A和4B是显示传统的光谱检测器的一个实例的示意性结构图。
具体实施方式
在下文中,使用图1-3来描述根据本发明的光谱检测器的一个实施例。应当注意的是,图3主要显示部件的垂直位置关系;那些部件的其他方面被省略或者简化,比如它们的各自的形状或者它们在深度方向的位置关系。
本实施例的光谱检测器10被配置为分析流动到流动单元C的样品。光谱检测器10包括光源11、第一到第三反射镜121-123、衍射光栅13、第一到第三狭缝141-143、以及光电检测器15。这些部件中的每个部件将在下文中被描述。
光源11产生多色光。在本实施例中,使用氙灯。氙灯产生具有遍及从紫外线到红外线区域的大范围波长的连续光谱的多色光。氙灯是点光源并且球形地发光。
第一反射镜121是凹面镜,其聚集来自光源11的多色光并且将其反射到衍射光栅13的表面上。第一狭缝141位于第一反射镜121和衍射光栅13之间,在由第一反射镜121反射的多色光被聚焦的位置。衍射光栅13是凹面光栅,其被放置在整个光栅表面被已经经过第一狭缝141的展开的多色光所照亮的位置。在本实施例中,从第一反射镜121经由第一狭缝141延伸到衍射光栅13的多色光束的轴(在图1和3中用点划线表示)被假定为基本上水平,但本发明不限制该处的轴为水平。衍射光栅13在多色光的光束轴与光栅 表面相交的位置具有垂直延伸的凹槽(因此,那些凹槽与多色光的光束轴正交)。衍射光栅13相对于纵轴可旋转。多色光的光束轴与光栅表面上的纵轴相交。
流动单元C以其允许激发光入射的入射窗(没有示出)位于基本上水平的光轴上的方式被放置,该基本上水平的光轴与从第一反射镜121延长到衍射光栅13的光轴成预定角度。通过以前述方式围绕纵轴转动衍射光栅13,在多色光的光谱内的特定波长的光可以被选为激发光,以便被引入流动单元C的入射窗。由于衍射光栅13是凹面光栅,因此可以通过适当地设置衍射光栅13和流动单元C之间的距离来将激发光聚焦到流动单元C内的样品上。紧接在流动单元C的入射窗之前,第二狭缝142(没有在图2里示出)被放置。
流动单元C在其上侧具有出射窗W。从被激发光照射的样品发出的观测光(例如,荧光)经由出射窗W被提取到流动单元C的外面。紧接着位于出射窗W之上(参见图2和3)的是第二反射镜122,第二反射镜122是被布置成接收从出射窗W提取出的观测光并且在以基本上水平的方向将其反射的凹面镜。在通过第二反射镜122反射的观测光的光轴上,设置第三反射镜123。第三反射镜123被定向成,使得来自第二反射镜122的观测光的光轴通过第三反射镜123被改向成通向衍射光栅13的斜向下方向。因此,尽管光束轴的方向随着波长改变,但是通过衍射光栅13被衍射的观测光的所有的波长成分具有与入射在衍射光栅13上的观测光的光束轴一起位于一个平面的斜向下的光束轴。此外,在第二反射镜122和衍射光栅13之间的光路上,第三狭缝143放置在观测光通过第二反射镜122被聚焦的位置上。应当注意的是,在本结构中的光学元件的布置可以被改变,以使得从第三反射镜123延伸到衍射光栅13的光轴和从第一反射镜121延伸到衍射光栅13的光轴两者位于相同的垂直面(与图1的平面正交的平面)。
在本实施例中使用的光电检测器15包括光电倍增管,光电倍增管在上述衍射的观测光的波长成分的光束轴所在的平面中是可移动。使光电检测器15在该平面中可移动的目的在于,用光电倍增管在每个波长检测衍射的观测光,以及将光电检测器15的位置调整到衍射的观测光的光束轴,衍射的观测光的光束轴的位置在衍射光栅13转动时改变,以便设置激发光的波长。
在前述部件之中,第一反射镜121、第一狭缝141、衍射光栅13和第二狭缝142组成激发光学系统,而第二反射镜122、第三反射镜123、第三狭缝143和衍射光栅13组成检测光学系统。换句话说,衍射光栅13在激发光学系统和检测光学系统两者中被通用。
本实施例的光谱检测器10操作如下:
由光源11产生的多色光通过由凹面镜组成的第一反射镜121被聚集并被反射。反射光 经过第一狭缝141并落到衍射光栅13上。衍射光栅13将多色光衍射为包含在不同方向上行进的波长范围的光的光谱。只有朝向第二狭缝142衍射的特定波长的光被选择性地允许穿过该狭缝142并被引入流动单元C。
具有上述波长的激发光被投射到流动到流动单元C中的样品中,使样品发出观测光(例如荧光)。向上行进的观测光经由出射窗W射出到单元C的外面。随后,观测光射中流动单元C上方的第二反射镜122,从而在基本上水平的方向上被反射。在通过第三反射镜123被斜向下反射之后,观测光经过第三狭缝143并落到衍射光栅13上,其光束轴指向斜下方。衍射光栅13将观测光色散为包含进一步在不同方向上斜向下行进的波长范围的光的光谱。光电检测器15检测在衍射的观测光的每个波长的光量。
当投射到样品中的激发光的波长需要被改变时,衍射光栅13以前述方式转动,以改变朝向第二狭缝142被衍射的光的波长。
本实施例的光谱检测器10仅使用一个衍射光栅。因此,可以使本装置相比于传统的光谱检测器价格较低并且尺寸较小。
落到衍射光栅13上的入射光和由衍射光栅13产生的衍射光两者都具有基本上水平的光束轴。激发光入射到衍射光栅13上的平面同样是基本上水平的。另一方面,观测光入射到衍射光栅13上的平面倾斜于水平面。通过在激发光的入射面和观测光的入射面之间提供这样的位置差,防止了激发光成为杂散光进入光电检测器15。
本发明不限于前述实施例。可以在本发明的精神内对光谱检测器的结构进行适当的改变。
附图标记列表
10,90…光谱检测器
11,91…光源
121…第一反射镜
122…第二反射镜
123…第三反射镜
13…衍射光栅
141…第一狭缝
142…第二狭缝
143…第三狭缝
15,95…光电检测器
921…激发光反射镜
922…观测光反射镜
931…激发光衍射光栅
932…观测光衍射光栅
94,961,962…狭缝
C…流动单元
W…出射窗。
Claims (3)
1.一种光谱检测器,其特征在于,包括:
a)光源,用于产生多色光;
b)单个衍射光栅;
c)激发光学系统,用于将来自所述光源的光引导到所述衍射光栅上,用于从通过所述衍射光栅衍射的光中选择一个波长,以及用于将选定波长的光作为激发光投射到样品中;
d)检测光学系统,用于将从被所述激发光照射的样品发出的观测光引导到所述衍射光栅上来使观测光色散;以及
e)光电检测器,用于检测由所述检测光学系统色散的所述观测光。
2.根据权利要求1所述的光谱检测器,其特征在于,在所述衍射光栅上,在所述激发光的入射面和所述观测光的入射面之间有位置差。
3.根据权利要求1或2所述的光谱检测器,其特征在于,进一步包括:
光栅驱动器,用于转动所述衍射光栅;以及
光电检测器驱动器,用于将所述光电检测器移动到所述观测光的衍射光被引入到所述光电检测器中的位置,其中所述观测光的衍射光随所述衍射光栅的转动而移动。
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