CN107831113B - 一种荧光测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种荧光测量装置，包括光源、“1”字型光源转换头、平行光透镜、狭缝、滤色片、比色皿、螺旋装置、比色皿底座、硅光电池、底板、遮光罩、探测器。本发明相比于目前已有的测量装置，其光源部分加了一个竖直“1”字转换头，加之采用平行光透镜与狭缝的设置，使得照射的光束变成细长的竖直线光源，不仅大大增强了照射光的强度，提高了光源的利用率，而且增加了荧光逸出几率，更有利于得到大强度的荧光测量值。硅光电池大小覆盖整个比色皿一个侧面并被固定，加上比色皿位置可调，不但实现了荧光强度直接测量，而且通过硅光电池的荧光强度收集效率的修正，并据此可得出实际荧光原位强度，解决了荧光强度大小原位准确测量问题。

Description

一种荧光测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于荧光测量技术领域，尤其涉及一种荧光测量装置。
背景技术
荧光光谱检测技术近年来发展迅速，由于其灵敏度高、选择性强，速度快等优点被逐渐 被应用于各个领域，特别是在物质种类检测中有着重要的应用，它是对辐射能激发出的辐射 强度进行定量分析的发射光谱分析法。通常条件下，分子处于单重态的基态，分子受到紫外 至红外激励的光子入射作用后，分子受激而引起电子能级的跃迁或振动和转动能级的跃迁， 分子受激后，处于激发态或通过内部转换和振动驰豫的非辐射，相继发射荧光光子，回到电 子基态得到荧光光谱，或通过激发单重态和激发三重态间的系间窜越和振动驰豫，放出能量 回到基态，得到荧光光谱。每一种物质的荧光效应都有其特定的吸收光的波长和发射的荧光 波，利用这一特性，可以定性鉴别物质，现有的荧光测量装置由于溶液浓度高时激发的荧光 不易透射出、浓度低时探测器接收面积小等原因存在使得检测到的荧光强度较弱，怎样使得 荧光强度增强就成了亟待解决的问题。
发明内容
为了解决以上存在问题，本发明提供一种荧光测量装置，能够更加准确的测量荧光。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种荧光测量装置，包括光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤 色片5、比色皿6、螺旋装置7、比色皿底座8、硅光电池9、底板10、遮光罩11、探测器12。 所述光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片5、螺旋装置7、硅光电 池9、探测器12均固定在底板10上，比色皿底座8固定在螺旋装置7的转轴上并可随着螺 旋装置7的转轴的转动而沿着垂直光路方向水平左右移动，比色皿6摆放在比色皿底座8的 卡槽上，其中，光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片5从左向右 沿一条与比色皿底座8平行的水平横轴依次分布在底板中央，探测器12分布在比色皿右侧， 且与上述光源1在一条水平线上。硅光电池9固定在比色皿6的一侧，遮光罩11固定在底板 10上并将光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片5、比色皿6、螺 旋装置7、比色皿底座8、硅光电池9罩在内部。光源1发出的光经过“1”字型光源转换头 2变成竖直线光源，竖直线光源经过平行光透镜3后变成平行光，经过狭缝4后变成沿水平 方向平行的“1”字型竖直线光源，竖直“1”字型线光源经过滤色片5后变成竖直“1”字型 单色光。
所述光源1为氙灯或氘灯点光源；
所述“1”字型光源转换头2高为d，所述平行光透镜3高为D；
所述光源1与“1”字型光源转换头2间距离为L1，所述“1”字型光源转换头2与平行光透镜3间距离为L2，且满足关系式：
Figure BDA0001395055440000021
所述狭缝4为宽度c、高度h的竖直细长狭缝，且满足条件：宽度c小于比色皿截面宽度 W、高度h小于比色皿截面高度H，其中，宽度c取值范围为0.1-1mm、高度h取值范围为 1-40mm；
所述滤色片5为10-20nm窄带通单色光滤色片，其宽度Lc与高度Hh分别大于狭缝宽度 c与狭缝高度h；
所述比色皿6为长方体形石英比色皿，侧面4个面均为JGS-1型石英高通光面，沿着光 路方向的内径长度为L，垂直光路方向的截面宽度为W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2，其中， W、H为垂直光路一面(比色皿6截面)的通光宽度与高度，dc1、dc2分别为靠近硅光电池9一侧与另一侧的截面宽度，dd1、dd2分别为底部与顶部的截面高度，比色皿6正对入射光方向的截面上固定有“回”字形不透光铁片，铁片整体宽度为W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2，铁片内部尺寸为宽度W、高度H，以保证铁片通光面与比色皿6的通光面重复一致；
所述比色皿底座8固定在螺旋装置7的转轴上并可随着螺旋装置7的转轴的转动而沿垂 直光路方向分别向左右水平移动，其左右水平移动距离x可以通过螺旋装置7上的螺旋刻度 直接读出，且其左右移动距离x的范围要大于比色皿通光截面宽度W；
所述硅光电池9是面积为L*H的大面积硅光电池探测器，并被紧密固定在比色皿6面积 为L*H的一侧；
测量时，所述探测器12固定在底板10上，且与所述光源1在同一水平轴上，调节螺旋装 置7，控制x沿垂直光路方向分别向左右水平移动，通过探测器12得到两个探测器值开始变 小时对应的两个位置示数X1与X2，其中，X1为靠近硅光电池9的一侧位置示数，调节螺旋装置7，向另一侧移动距离xx＝YD*(X2-X1)，其中，系数YD取值范围为0.2-0.9，得到 荧光光强测量值I测，通过表达式I测＝SJ*I0*exp(-Axx)可求出实际荧光原位强度(溶液内 受光处真实的荧光强度)I0，其中，SJ是硅光电池的荧光强度收集效率、A是荧光光谱的吸 光度系数。A值可通过以下方法测出：所述比色皿6内装入适量水或甲醇，打开光源1和探 测器12，测量探测器12所收集的光强为I0'，关闭光源和探测器。将比色皿6中溶液换为待 测溶液，打开光源1和探测器12，测量探测器12所收集的光强为I1，可得吸光度
Figure BDA0001395055440000031
关闭光源和探测器。SJ可通过以下方式测出：所述比色皿6内装入标准荧光物质，打开上述 光源1，调节螺旋装置7，控制X使得此时荧光光强很强，记录X1，测量硅光电池9所收集 的荧光光强I测＝βI理，I理为标准荧光物质在特定强度激发光照条件下发出的荧光理想强度。
本发明所达到的有益效果是：相比于目前已有的测量装置，其光源部分加了一个竖直“1” 字转换头，加之采用平行光透镜与狭缝的设置，使得照射的光束变成细长的竖直线光源，不 仅大大增强了照射光的强度，提高了光源的利用率，而且增加了荧光逸出几率，更有利于得 到大强度的荧光测量值。硅光电池大小覆盖整个比色皿一个侧面并被固定，加上比色皿位置 可调，不但实现了荧光强度直接测量，而且通过硅光电池的荧光强度收集效率SJ以及表达式 I测＝SJ*I0*exp(-Axx)的修正，并据此可得出实际荧光原位强度I0，解决了荧光强度大小 原位准确测量问题
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一 步描述。
实施例1
参照图1所示，一种荧光测量装置，包括光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、 狭缝4、滤色片5、比色皿6、螺旋装置7、比色皿底座8、硅光电池9、底板10、遮光罩11、 探测器12。所述光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片5、螺旋装 置7、硅光电池9、探测器12均固定在底板10上，比色皿底座8固定在螺旋装置7的转轴上 并可随着螺旋装置7的转轴的转动而沿着垂直光路方向水平左右移动，比色皿6摆放在比色 皿底座8的卡槽上，其中，光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片 5从左向右沿一条与比色皿底座8平行的水平横轴依次分布在底板中央，探测器12分布在比 色皿右侧，且与上述光源1在一条水平线上。硅光电池9固定在比色皿6的一侧，遮光罩11 固定在底板10上并将光源1、“1”字型光源转换头2、平行光透镜3、狭缝4、滤色片5、比 色皿6、螺旋装置7、比色皿底座8、硅光电池9罩在内部。光源1发出的光经过“1”字型 光源转换头2变成竖直线光源，竖直线光源经过平行光透镜3后变成平行光，经过狭缝4后 变成“1”字型竖直线光源，竖直“1”字型线光源经过滤色片5后变成竖直“1”字型单色光。
所述光源1为氙灯点光源；
所述“1”字型光源转换头2高为d＝10mm，所述平行光透镜3高为D＝50mm；
所述光源1与“1”字型光源转换头2间距离为L1＝20mm，所述“1”字型光源转换头2与平行光透镜3间距离为L2＝80mm，
Figure BDA0001395055440000041
所述狭缝4为宽度c＝0.2mm、高度h＝10mm的竖直细长狭缝，且满足条件：宽度c小于 比色皿截面宽度W＝10mm、高度h小于比色皿截面高度H＝50mm；
所述滤色片5为15nm窄带通单色光滤色片，其宽度Lc＝5mm与高度Hh＝50mm分别大于狭缝宽度c与狭缝高度h；
所述比色皿6为长方体形石英比色皿，侧面4个面均为JGS-1型石英高通光面，沿着光 路方向的内径长度为L＝30mm，垂直光路方向的截面宽度为W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2， 其中，W、H为垂直光路一面(比色皿6截面)的通光宽度与高度，dc1＝1mm、dc2＝1mm分别为靠近硅光电池9一侧与另一侧的截面宽度，dd1＝1mm、dd2＝1mm分别为底部与顶部的截面高度，比色皿6正对入射光方向的截面上固定有“回”字形不透光铁片，铁片整体宽度为 W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2，铁片内部尺寸为宽度W、高度H，以保证铁片通光面与比 色皿6的通光面重复一致；
所述比色皿底座8固定在螺旋装置7的转轴上并可随着螺旋装置7的转轴的转动而沿垂 直光路方向分别向左右水平移动，其左右水平移动距离x可以通过螺旋装置7上的螺旋刻度 直接读出，且其左右移动距离x的范围要大于比色皿通光截面宽度W；
所述硅光电池9是面积为L*H的大面积硅光电池探测器，并被紧密固定在比色皿6面积 为L*H的一侧；
所述探测器12固定在底板10上，且与所述光源1在同一水平轴上，调节螺旋装置7，控制x分别沿垂直光路方向分别向左右水平移动，通过探测器12得到两个探测器值开始变小 时对应的两个位置示数X1＝0mm与X2＝10.00mm，其中，X1为靠近硅光电池9的一侧位置示数，调节螺旋装置7，向另一侧移动距离xx＝YD*(X2-X1)，其中，系数YD取值范围为 0.2-0.9，得到荧光光强测量值I测，通过表达式I测＝SJ*I0*exp(-Axx)可求出实际荧光原位 强度(溶液内受光处真实的荧光强度)I0，其中，SJ是硅光电池的荧光强度收集效率、A是 荧光光谱的吸光度系数。A值可通过以下方法测出：所述比色皿6内装入纯净水，将荧光峰 波长设为滤色片带通波长，打开光源1和探测器12，测量探测器12所收集的光强为I0'，关 闭光源和探测器。将比色皿6中溶液换为待测溶液，打开光源1和探测器12，再次测量探测 器12所收集的光强为I1，可得吸光度
Figure BDA0001395055440000051
关闭光源和探测器，得到A＝A’/L。SJ可 通过以下方式测出：所述比色皿6内装入标准荧光物质，打开上述光源1，调节螺旋装置7， 控制X使得此时荧光光强很强，记录X1，测量硅光电池9所收集的荧光光强I测＝βI理，I理为 标准荧光物质在特定强度激发光照条件下发出的荧光理想强度，得到β＝0.88。
实施例2
同实施例1，不同之处在于：c取值为0.1mm、高度h取值为1mm；所述滤色片5为10nm窄带通单色光滤色片。
实施例3
同实施例1，不同之处在于：c取值为1mm、高度h取值为40mm；所述滤色片5为20nm窄带通单色光滤色片。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方 案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于荧光测量装置的荧光测量方法，其特征在于，所述荧光测量装置包括光源、“1”字型光源转换头、平行光透镜、狭缝、滤色片、比色皿、螺旋装置、比色皿底座、硅光电池、底板、遮光罩、探测器；所述光源、“1”字型光源转换头、平行光透镜、狭缝、滤色片、螺旋装置、硅光电池、探测器均固定在底板上，比色皿底座固定在螺旋装置的转轴上并可随着螺旋装置的转轴的转动而沿垂直光路方向比色皿宽度方向左右水平移动，比色皿摆放在比色皿底座的卡槽上，其中，光源、“1”字型光源转换头、平行光透镜、狭缝、滤色片从左向右沿一条与比色皿底座平行的水平横轴依次分布在底板中央，探测器分布在比色皿右侧，且与上述光源在一条水平线上；硅光电池固定在比色皿的一侧，遮光罩固定在底板上并将光源、“1”字型光源转换头、平行光透镜、狭缝、滤色片、比色皿、螺旋装置、比色皿底座、硅光电池罩在内部，光源发出的光经过“1”字型光源转换头变成竖直线光源，竖直线光源经过平行光透镜后变成平行光，经过狭缝后变成沿水平方向平行的“1”字型竖直线光源，“1”字型竖直线光源经过滤色片后变成沿水平方向平行的竖直“1”字型单色光；所述光源为氙灯或氘灯点光源；所述“1”字型光源转换头高为d，所述平行光透镜高为D，光源与“1”字型光源转换头间距离为L1，所述“1”字型光源转换头与平行光透镜间距离为L2，且满足关系式：
Figure FDA0002969662750000011
所述狭缝为宽度c、高度h的竖直细长狭缝，且满足条件：宽度c小于比色皿通光截面宽度W、高度h小于比色皿通光截面高度H，其中，宽度c取值范围为0.1-1mm、高度h取值范围为1-40mm；所述滤色片为10-20nm窄带通单色光滤色片，其宽度Lc与高度Hh分别大于狭缝宽度c与狭缝高度h；所述比色皿为长方体形石英比色皿，侧面4个面均为JGS-1型石英高通光面，沿着光路方向的长度为L，垂直光路方向的截面宽度为W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2，其中，W、H为垂直光路一面比色皿截面的通光宽度与高度，dc1、dc2分别为靠近硅光电池一侧、远离硅光电池一侧的截面宽度，dd1、dd2分别为底部的截面高度、顶部的截面高度，比色皿正对入射光方向的截面上固定有“回”字形不透光铁片，铁片整体宽度为W+dc1+dc2、高度为H+dd1+dd2，铁片内部尺寸为宽度W、高度H，以保证铁片通光面与比色皿的通光面重复一致；所述比色皿底座固定在螺旋装置的转轴上并可随着螺旋装置的转轴的转动而沿垂直光路方向比色皿宽度方向左右水平移动，其左右水平移动距离x可以通过螺旋装置上的螺旋刻度直接读出，且其左右水平移动距离x的范围要大于比色皿通光截面宽度W；所述硅光电池是面积为L*H的大面积硅光电池探测器，并被紧密固定在比色皿面积为L*H的一侧；
测量的时候，探测器固定在底板上，且与所述光源在同一水平轴上，调节螺旋装置，控制比色皿底座沿垂直光路方向比色皿宽度方向左右水平移动，得到探测值开始变小时对应的两个位置示数X1与X2，其中，X1为靠近硅光电池的一侧位置示数，调节螺旋装置，向另一侧移动距离xx＝YD*(X2-X1)，其中，系数YD取值范围为0.2-0.9，得到荧光光强测量值I测，通过表达式I测＝SJ*I0*exp(-Axx)可求出实际荧光原位强度I0，其中，SJ是硅光电池的荧光强度收集效率、A是荧光光谱的吸光度系数，A值可通过以下方法测出：所述比色皿内装入适量水或甲醇，打开光源和探测器，测量探测器所收集的光强为I0'，关闭光源和探测器，将比色皿中溶液换为待测溶液，打开光源和探测器，测量探测器所收集的光强为I1，可得吸光度
Figure FDA0002969662750000021
关闭光源和探测器，SJ可通过以下方式测出：所述比色皿内装入标准荧光物质，打开上述光源，调节螺旋装置，控制左右移动距离x使得此时荧光光强很强，测量硅光电池所收集的荧光光强I测＝βI理，I理为标准荧光物质在特定强度激发光照条件下发出的理想荧光强度。
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