CN107515209A - 一种多功能荧光样品发光测试台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能荧光样品发光测试台，分为激光激发部分和荧光收集部分，由光学元件和机械结构组建而成。激光激发部分由第一光纤转接件、第一三轴平移台、第一凹透镜、第一凸透镜、二向色镜、第二凸透镜、第三凸透镜和第二凹透镜组成，荧光收集部分由第二光纤转接件、第二三轴平移台、第三凸透镜、第二凸透镜组成。机械结构用于光学元件固定安装，测试样品器皿安装和光纤耦合安装。该测试台使用过程安全便捷，可以观察由比色皿、试剂瓶、离心管盛装的液体样品和滴在载玻片上干涸后形成的固态样品的发光强度，可以测试比色皿盛装液体样品和载玻片干涸样品的荧光光谱，能够适用于多种形状盛装样品器具的发光测试。

Description

一种多功能荧光样品发光测试台
技术领域
本发明属于荧光样品发光测试实验装置领域，具体涉及一种多功能荧光样品发光测试台。
背景技术
荧光染料合成、微球及细胞荧光材料表面修饰、微生物及蛋白荧光材料染色等过程中，常常需要对中间产物及最终产物进行发光光强及光谱特性测试，以测试荧光样品是否达到要求，并指导荧光材料合成及染色过程进一步进行。目前，在实验室荧光材料合成染色过程中，经常是直接拿着激光光纤头照射荧光样品观察样品发光光强，这种测试方式不仅不够方便，而且可能会造成人员及实验室其它仪器设备的激光损伤。另外，样品光谱特性测试则往往需要专门的仪器设备，并制作专门的测试样片或样品池，这类设备昂贵而且功能单一；而做荧光样品合成及应用的研究院所机构，一般都备有独立的光纤激光器和光纤光谱仪，因此使用荧光样品测试台将激光器和光谱仪连接起来就能够实现荧光样品的光谱测试。另外，不同的研究机构进行荧光样品合成及染色时，所采取的离心管、样品瓶等盛装器皿规格可能不一样，因此设计多种选配固定器组件以适应不同的样品盛装器皿进行荧光光强测试，同样也非常重要。
发明内容
本发明针对目前荧光样品发光强度和光谱特性测试存在的不足，提供一种多功能荧光样品发光测试台。本测试台只需要少量液态样品或固态粉末样品，将其置于比色皿或载玻片就可实现样品荧光光谱测试；通过选配不同离心管、样品瓶固定底座，将荧光样品合成及染色过程中使用的多种规格离心管、样品瓶固定从而可以很方便地进行荧光样品发光强度观察，同时将液态样品滴在载玻片上干涸后，可以使用载玻片观察样品发光光强。为了实现这些功能，本发明采取的技术方案如下：
一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，所述多功能荧光样品发光测试台分为激光激发部分和荧光收集部分，由光学元件和机械结构组建而成；激光激发部分由第一光纤转接件、第一三轴平移台、第一凹透镜、第一凸透镜、二向色镜、第二凸透镜、第三凸透镜和第二凹透镜组成，激光器的光纤头通过第一光纤转接件连接安装发射激光束，第一光纤转接件安装在第一三轴平移台上，第一三轴平移台安装在测试台基座上；光纤头出设的激光束经过第一凹透镜发散后，经第一凸透镜转为平行光束，平行光束经过二向色镜折射后，由第二凸透镜汇聚，在汇聚焦点的后方的发散光束经第三凸透镜汇聚，再由第二凹透镜转为细平行光束；荧光收集部分由第二光纤转接件、第二三轴平移台、第三凸透镜、第二凸透镜组成，光谱仪的光纤头通过第二光纤转接件安装，第二光纤转接件安装在第二三轴平移台上，第二三轴平移台安装在测试台基座上；样品发射出来的荧光，经第三凸透镜收集转为平行光束后，再由第二凸透镜汇聚，汇聚焦点进入光谱仪的光纤；机械结构用于光学元件固定安装，测试样品器皿安装和光纤耦合安装。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台，为达到较好的使用效果，比色皿所盛装的样品的底部距离第三凸透镜的焦点0.5mm-3mm高度，且透镜焦点在样品液柱轴线上。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台的第一三轴平移台和第二三轴平移台能够实现XYZ三个正交方向的位置调节。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台，通过测试台基座与测试台固定盖紧扣的方式固定安装光学系统的第一凹透镜、第一凸透镜、二向色镜、第二凸透镜、第三凸透镜、第四凸透镜和第二凹透镜；为了达到最佳的测试效果，第二凸透镜、第三凸透镜采用消色差透镜。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台的样品瓶固定器有多个模块，所有模块外形相同，安装在测试台基座上，每个模块能够适用一种直径的样品瓶，样品瓶固定器有垂直插孔和斜插孔两种，样品瓶可以安装在垂直插孔或斜插孔中；为了达到最佳的测试效果，样品瓶安装好后，激光束轴线与样品瓶轴线垂直相交，且距离样品底部1mm-3mm。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台的离心管固定器有多个模块，所有模块外形相同，安装在测试台基座上，每个模块能够适用一种直径的离心管，离心管固定器有垂直插孔和斜插孔两种，离心管可以安装在垂直插孔或斜插孔中；为了达到最佳的测试效果，离心管安装好后，激光束轴线与离心管轴线垂直相交，且距离离心管底部1mm-3mm。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台，为了达到最佳效果选用石英玻璃比色皿，比色皿采用插入的方式安装在测试台基座上。
进一步，所述的一种多功能荧光样品发光测试台，在沿着激光传输方向的测试台基座末端侧面上，开有载玻片安装斜插槽，在基座末端另一侧面上开有荧光观测斜孔。
本发明提出的一种多功能荧光样品发光测试台可以观察由比色皿、样品瓶、离心管盛装的液体样品和滴在载玻片上干涸后形成的固态样品的发光强度。连接光纤光谱仪可以测试比色皿中盛装液体样品，或载玻片上干涸后形成的固态样品的荧光光谱，能够有效减少实验室专用设备资金投入。本发明提出的一种荧光样品发光测试台在更换样品瓶、离心管器具座后可适用于多种规格样品瓶、离心管盛装样品的发光强度观察，适用面广。
附图说明
图1为本发明的光机系统结构图。
图2为本发明的一种具体实施案例三维结构实物模拟图。
上述附图中，1：第一三轴平移台；2：第一光纤转接件；3：第一凹透镜；4：第一凸透镜；5：第二三轴平移台；6：第二光纤转接件；7：第二凸透镜；8：二向色镜；9：第三凸透镜；10：比色皿；11：光谱测试载玻片；12：第四凸透镜；13：第二凹透镜；14：样品瓶固定器；15：样品瓶插孔；16：离心管固定器；17：离心管插孔；18：光强观测载玻片；19：干涸后的荧光样品。20-1、20-2、20-3、20-4、20-5、20-6、20-7、20-8：三轴平移台固定柱；21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6、21-7、21-8、29-9、29-10：测试台基座与测试台固定盖紧固螺纹孔；22-1、22-2、22-3、22-4、22-5、22-6、22-7、22-8、22-9、22-10：测试台基座与测试台固定盖紧固通孔；23-1、23-2、23-3：测试台固定螺丝通孔；24-1、24-2、24-3、24-4：荧光观测孔；25：光强观测载玻片插孔；26:光谱测试载玻片插孔；27:测试台基座；28:测试台固定盖；29:比色皿与载玻片样品光谱测试遮光盖。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
如图1、图2所示，为了实现多功能荧光样品发光测试台的具体功能，本发明采用以下技术方案：使用金属铸模和铣床加工的方式完成测试台基座27、测试台固定盖28、样品瓶固定器14、离心管固定器16、比色皿与载玻片样品光谱测试遮光盖29。测试台基座27和测试台固定盖28的透镜安装槽截面为两个半圆，半圆直径为30.5mm。第一凹透镜3的焦距为-25mm，外径0.5英寸，使用30.5mm外径铝合金圆筒和外螺纹圆环固定在中央位置后，安装在测试台基座27的安装槽上。第一凸透镜4的焦距为150mm，外径1英寸，使用30.5mm外径铝合金圆筒和外螺纹圆环固定在中央位置后，安装在测试台基座27的安装槽上。第二凸透镜7和第三凸透镜9为消色差凸透镜，其焦距为25.4mm，外径1英寸，使用30.5mm外径铝合金圆筒和外螺纹圆环固定在中央位置后，安装在测试台基座27的安装槽上。第四凸透镜12的焦距为15mm，外径0.5英寸，使用30.5mm外径铝合金圆筒和外螺纹圆环固定在中央位置后，安装在测试台基座27的安装槽上。第二凹透镜13的焦距为-25mm，外径0.5英寸，使用30.5mm外径铝合金圆筒和外螺纹圆环固定在中央位置后，安装在测试台基座27的安装槽上。第一凹透镜3与第一凸透镜4共垂向光轴，第二凸透镜7、第三凸透镜9、第四凸透镜12和第二凹透镜13共横向光轴，两光轴垂直相交。
二向色镜8长宽为45mm，厚3mm，截止波长780nm。如图1、图2所示，在测试台基座27上，以横向光轴和垂向光轴的焦点所在的并与两个光轴方向夹角为45°的面作为二相色镜反射面，将二向色镜8安装在测试台基座27上。
将螺纹钢柱20-1、20-2、20-5、20-6安装在测试台基座27上，将外径0.5英寸的FC/PC接口的第一光纤转接件2安装在第一三轴平移台1上，将外径0.5英寸的SMA接口的第二光纤转接件6安装在第二三轴平移台5上。第一三轴平移台1和第二三轴平移台5的四个角有四个固定通孔，分别对应测试台基座27和测试台固定盖28扣合起来安装好的横向和纵向两组四个螺纹钢柱。将第一三轴平移台1和第二三轴平移台5固定安装在测试台基座27上。
比色皿10是截面为正方形的棱柱，正方形边长为10mm，选用石英玻璃材质，安装比色皿10的插槽截面正方形边长为10.1mm。光谱测试载玻片插孔26长为28mm，宽2.1mm，在测试台基座27上深12mm，光谱测试载玻片插孔26贯通扣合起来的测试台基座27和测试台固定盖28。光强观测载玻片插孔25长为28mm，宽2.1mm，光强观测载玻片插孔25贯通扣合起来的测试台基座27和测试台固定盖28，与扣合面成45°角；将比色皿10插入比色皿插槽中，比色皿10中的样品柱底部上方1mm中心点的位置正好位于横向光轴上；插入光谱测试载玻片11和光强观测载玻片18时，载玻片上干涸的样品中心在横向光轴上。为防止漏光及外来光线对测试效果的影响，测试台固定盖28安装完成后，在比色皿10的上方使用比色皿与载玻片样品光谱测试遮光盖29扣紧遮光。
样品瓶固定器14和离心管固定器16是截面为正方形的棱柱，正方形边长为30mm，安装样品瓶固定器14和离心管固定器16的插槽截面正方形边长为30.1mm。样品瓶固定器14和离心管固定器16插孔在测试台基座27上深12mm，样品瓶固定器14和离心管固定器16贯通扣合起来的测试台基座27和测试台固定盖28。将样品瓶固定器14和离心管固定器16插入插槽中，样品瓶固定器14和离心管固定器16的光路通孔孔径为3mm，通孔中心位于第三凸透镜9的光轴上。样品瓶插孔15和离心管插孔17圆形截面中心分布与样品瓶固定器14和离心管固定器16截面重合。样品瓶固定器14制作三个，插孔大小分别为16.4mm、18.4mm、22.4mm。离心管固定器16制作四个，插孔大小分别为6mm、11mm、13.4mm、15.4mm、18.4mm。插入样品瓶和离心管时，样品瓶和离心管所盛装样品的底部距离横向光轴2mm。
在比色皿10里面盛装20uL上转换纳米发光颗粒液态样品，在第一光纤转接件2上连接安装980nm激光光纤头，打开激光器，调整第一凹透镜3和第一凸透镜4的前后位置以及第一光纤转接件2的三维位置，使得第一凸透镜4出射光为平行光束且光束外径尽量大，并且光束轴心与垂向光轴重合。调整二向色镜8和第三凸透镜9使得比色皿10中样品激发光的光点位于样品液柱轴线上，且与测试台基座27扣合面平齐。将光纤光谱仪的光纤头连接在第二光纤转接件6上，调整第二光纤转接件6的三维位置和第二凸透镜7的前后位置，使得第二凸透镜7的汇聚光焦点进入光纤光谱仪的光纤中，此时光纤光谱仪测出光谱的光强度最大。调整第四凸透镜12和第二凹透镜13的前后位置，使用激光指示卡显示光斑，使得第二凹透镜13出射光为尽量细且平行的光束，并使得激光指示卡光斑尽量亮。
调整好各个光机元件的位置后，卸下第一三轴平移台1和第二三轴平移台5，使用M6螺丝通过测试台固定螺丝通孔23-1、23-2、23-3将测试台基座27固定在光学气垫台上。使用测试台固定盖28扣合测试台基座27来固定所有透镜，使用M2的螺丝，通过测试台基座与测试台固定盖紧固螺纹孔21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6、21-7、21-8、21-9、21-10和测试台基座与测试台固定盖紧固通孔22-1、22-2、22-3、22-4、22-5、22-6、22-7、22-8、22-9、22-10固定测试台固定盖28和测试台基座27。此时，荧光观测孔24-1、24-2、24-3、24-4上下贯通，其中荧光观测孔24-1、24-2、24-3为45°斜向下，荧光观测孔24-4垂直向下。安装第一三轴平移台1和第二三轴平移台5并调整位置使得光纤光谱仪测出光谱的光强达到最大。此时，荧光样品测试台能够用于观察由比色皿、样品瓶、离心管盛装的液体样品和滴在载玻片上干涸后形成的固态样品的发光强度，同时还可以测试比色皿中盛装的液体样品和滴在载玻片上干涸后形成的固态样品的荧光光谱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，所述多功能荧光样品发光测试台分为激光激发部分和荧光收集部分，由光学元件和机械结构组建而成；激光激发部分由第一光纤转接件、第一三轴平移台、第一凹透镜、第一凸透镜、二向色镜、第二凸透镜、第三凸透镜和第二凹透镜组成，激光器的光纤头通过第一光纤转接件连接安装发射激光束，第一光纤转接件安装在第一三轴平移台上，第一三轴平移台安装在测试台基座上；光纤头出设的激光束经过第一凹透镜发散后，经第一凸透镜转为平行光束，平行光束经过二向色镜折射后，由第二凸透镜汇聚，在汇聚焦点的后方的发散光束经第三凸透镜汇聚，再由第二凹透镜转为细平行光束；荧光收集部分由第二光纤转接件、第二三轴平移台、第三凸透镜、第二凸透镜组成，光谱仪的光纤头通过第二光纤转接件安装，第二光纤转接件安装在第二三轴平移台上，第二三轴平移台安装在测试台基座上；样品发射出来的荧光，经第三凸透镜收集转为平行光束后，再由第二凸透镜汇聚，汇聚焦点进入光谱仪的光纤；机械结构用于光学元件固定安装，测试样品器皿安装和光纤耦合安装。
2.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，为达到较好的使用效果，比色皿所盛装的样品的底部距离第三凸透镜的焦点0.5mm-3mm高度，且透镜焦点在样品液柱轴线上。
3.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，第一三轴平移台和第二三轴平移台能够实现XYZ三个正交方向的位置调节。
4.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，通过测试台基座与测试台固定盖紧扣的方式固定安装光学系统的第一凹透镜、第一凸透镜、二向色镜、第二凸透镜、第三凸透镜、第四凸透镜和第二凹透镜；为了达到最佳的测试效果，第二凸透镜、第三凸透镜采用消色差透镜。
5.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，样品瓶固定器有多个模块，所有模块外形相同，安装在测试台基座上，每个模块能够适用一种直径的样品瓶，样品瓶固定器有垂直插孔和斜插孔两种，样品瓶可以安装在垂直插孔或斜插孔中；为了达到最佳的测试效果，样品瓶安装好后，激光束轴线与样品瓶轴线垂直相交，且距离样品底部1mm-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，离心管固定器有多个模块，所有模块外形相同，安装在测试台基座上，每个模块能够适用一种直径的离心管，离心管固定器有垂直插孔和斜插孔两种，离心管可以安装在垂直插孔或斜插孔中；为了达到最佳的测试效果，离心管安装好后，激光束轴线与离心管轴线垂直相交，且距离离心管底部1mm-3mm。
7.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，为了达到最佳效果选用石英玻璃比色皿，比色皿采用插入的方式安装在测试台基座上。
8.根据权利要求1所述的一种多功能荧光样品发光测试台，其特征在于，在沿着激光传输方向的测试台基座末端侧面上，开有载玻片安装斜插槽，在基座末端另一侧面上开有荧光观测斜孔。
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