CN106442449A - 一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于该装置包括以下部件，激光发射系统，激光诱导系统，光电转换系统和数据处理系统，该装置使生物气溶胶在激光的诱导下产生荧光，从而实现对生物气溶胶的识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置。
背景技术
国内激光诱导荧光探测生物气溶胶这方面均为理论分析和系统设计的研究，并没有实际的系统装置，且其他关于激光诱导荧光的装置都是只对液态或固态样品进行实验，缺乏对气态样本的实验。激光诱导荧光探测技术具有检测时间短、灵敏度高、选择性好、可实现在线检测、不需要消耗昂贵的的反应试剂等优点。
本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白。
发明内容
本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白，本发明采用如下技术方案：
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于该装置包括以下部件，激光发射系统，激光诱导系统，光电转换系统和数据处理系统；
所述激光发射系统包括激光器(1)，第一保护壳(2-1)，第二保护壳(2-2)，光阑(3)，滤光片(4)和反射镜(5)；所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4)，所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5)；
所述激光诱导系统包括气溶胶粒子输入通道(6)，气溶胶粒子输出通道(7)，准直透镜(8)，汇聚透镜(9)和样品池(19)，所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1)，该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3)，所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7)，所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1)，该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠，所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连，该气泵(15)的另一端和大气相连，所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13)；
所述光电转换系统包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理系统包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光，该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1)，照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚，经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10)，该荧光经过光纤(10)进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号，由数据传输线(17)输出至数据处理系统的计算机(18)，经过该计算机的软件对电信号进行处理，得到相关的荧光信息。
2、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述样品池(19)中具有多个样品。
3、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子，该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
4、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
5、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
6、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
7、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述激光器(1)具有加倍频晶体，改变激光波长。
8、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述样品池(19)具有窗口，该窗口为布儒斯特窗。
9、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93％。
有益效果：
本装置搭建了一套完整的激光诱导荧光探测生物气溶胶的系统，实现了使用激光诱导荧光技术对生物气溶胶的识别。国内激光诱导荧光探测生物气溶胶这方面均为理论分析和系统设计的研究，并没有实际的系统装置，且其他关于激光诱导荧光的装置都是只对液态或固态样品进行实验，缺乏对气态样本的实验。本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白。生物气溶胶中的生物活性成份产生能在激光诱导下产生荧光的物质，这些物质的荧光光谱集中在400-600nm，因此本装置选择光谱仪的波长范围是400-600nm。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明激光诱导系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。本装置采用激光诱导荧光技术探测生物气溶胶，荧光产生原理为：入射激光照射到物质分子上，分子吸收激光能量从基态跃迁到第一电子激发态，由于激发态不稳定，一部分分子直接跃迁到低能级上,并伴随光的辐射；另一部分分子由于与同类分子或其它分子碰撞消耗能，故急剧地降落在第一电子激发态的最低振动能级，并无辐射。处于第一电子激发态最低振动能级上的分子，继续往下降落至基态的各不同振动能级时,则以光的形式发射,所产生的光即是荧光。
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于该装置包括以下部件，激光发射系统，激光诱导系统，光电转换系统和数据处理系统；
所述激光发射系统包括激光器(1)，第一保护壳(2-1)，第二保护壳(2-2)，光阑(3)，滤光片(4)和反射镜(5)；所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4)，所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5)；
所述激光诱导系统包括气溶胶粒子输入通道(6)，气溶胶粒子输出通道(7)，准直透镜(8)，汇聚透镜(9)和样品池(19)，所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1)，该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3)，所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7)，所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1)，该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠，所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连，该气泵(15)的另一端和大气相连，所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13)；
所述光电转换系统包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理系统包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光，该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1)，照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚，经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10)，该荧光经过光纤(10) 进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号，由数据传输线(17)输出至数据处理系统的计算机(18)，经过该计算机的软件对电信号进行处理，得到相关的荧光信息。
所述样品池(19)中具有多个样品。
所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子，该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
所述激光器(1)具有加倍频晶体，改变激光波长。
所述样品池(19)具有窗口，该窗口为布儒斯特窗。
所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93％。
不同的生物气溶胶所产生的荧光光谱是不同的，根据不同的荧光光谱来识别气溶胶的种类。关于空缺点，荧光是激光照射到气溶胶样品上诱导样品产生的，只要样品通过空缺点即可，并且下面的抽气泵(15)会抽气使得气溶胶不断的通过空白点。
各种生物气溶胶的激发波长在250-450nm之间，本装置选用350nm脉冲激光。为了得到355nm激光，在532激光器前加倍频晶体，经倍频晶体倍频后转换成355nm波长。出射的355nm的激光通过光阑和滤光片，光阑把激光的发散角限制在较小的范围，而滤光片把除355nm之外的其他波长的杂散光过滤掉。之后，激光被反射镜反射到含有椭圆反射镜的样品池内。为防止杂散光的干扰，对样品池的要求一是窗口与光路上不产生激发光的散射，二是窗口与池壁不产生荧光，样品池的窗口通常做成布儒斯特窗。样品池内安有高反射率的椭圆反射镜(可见光平均反射率>93％)，尽可能多的反射产生的荧光，而产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱，避免了对实验产生的荧光的影响。激光诱导所产生的荧光被准直透镜准直后，平行入射到汇聚透镜，经汇聚透镜汇聚到光纤后进入光谱仪。荧光光谱集中在300-800nm，本装置选择的光谱仪范围在400-600nm，波长分辨率0.5nm，其中耦合了CCD探测器(线阵，3648单元，波长范围350-1000nm)，该光谱仪通过USB口与计算机相连。进入到光谱仪后的荧光被光栅分光后，CCD把光信号转换成电信号传到电脑，软件处理后显示出荧光的相关信息。
本装置工作时，打开底部抽气气泵，气溶胶粒子在管内负压下进入到导管内。两段导管的空缺点为椭圆反射镜的焦点F1，这种设计可以使反射镜最大化的反射激光诱导产生的荧光。准直透镜的焦点要与椭圆反射镜的焦点F2重合，这样才能将杂散的荧光通过准直透镜后平行出射到汇聚透镜上。汇聚透镜放在准直透镜的另外一个焦点，汇聚透镜汇聚平行入射的荧光，使荧光尽可能多的进入到光纤。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于该装置包括以下部件，激光发射系统，激光诱导系统，光电转换系统和数据处理系统；
所述激光发射系统包括激光器(1)，第一保护壳(2-1)，第二保护壳(2-2)，光阑(3)，滤光片(4)和反射镜(5)；所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4)，所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5)；
所述激光诱导系统包括气溶胶粒子输入通道(6)，气溶胶粒子输出通道(7)，准直透镜(8)，汇聚透镜(9)和样品池(19)，所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1)，该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3)，所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7)，所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1)，该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠，所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连，该气泵(15)的另一端和大气相连，所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13)；
所述光电转换系统包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理系统包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光，该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1)，照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚，经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10)，该荧光经过光纤(10)进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号，由数据传输线(17)输出至数据处理系统的计算机(18)，经过该计算机的软件对电信号进行处理，得到相关的荧光信息。
2.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述样品池(19)中具有多个样品。
3.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子，该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
4.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
5.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
6.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
7.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述激光器(1)具有加倍频晶体，改变激光波长。
8.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述样品池(19)具有窗口，该窗口为布儒斯特窗。
9.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置，其特征在于所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170222 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |