CN107941702A - 适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，所述装置包括样品检测池、激发光源、滤光片、光纤准直透镜、光纤、光纤耦合器和光纤光谱仪，所述激发光源设置在所述样品检测池内，所述滤光片贴合设置在所述样品检测池侧壁，所述光纤准直透镜对准设置在所述滤光片上，所述光纤准直透镜采集到的信号通过光纤分别汇聚到所述光纤耦合器中进行增强，所述光纤光谱仪与所述光纤耦合器通过光纤连接，所述光纤光谱仪用于对经过增强的信号进行分析。本发明的多光纤准直透镜可以将光谱输入信号增大数倍，降低待测物质的检出限、增大其检出范围；从而进一步提高仪器的灵敏度。可适用于荧光分析以及其它发射光谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，属于仪器分析、化学分析技术领域。
背景技术
光谱分析是化学分析、仪器分析的重要领域。由于具备的稳定、准确以及操作简便等优势，光谱分析在国家标准检测方法中占有极为重要的地位。但是，本申请发明人在研究中发现，光谱分析的灵敏度始终受限制于采集光信号的强度。尤其在利用光谱分析方法分析痕量组分时，光谱分析方法的灵敏度较差，无法直接应用于环境样品中痕量组分的准确分析。
发明内容
本发明为了解决常规光谱分析检测方法灵敏度较差的问题，尤其是针对分析痕量组分时，采集光学信号强度较弱的问题，提出了一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，所采取的技术方案如下：
一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，所述装置包括样品检测池、激发光源、滤光片、光纤准直透镜、光纤、光纤耦合器和光纤光谱仪，所述激发光源设置在所述样品检测池内，所述滤光片贴合设置在所述样品检测池侧壁，所述光纤准直透镜对准设置在所述滤光片上，所述光纤准直透镜采集到的信号通过光纤分别汇聚到所述光纤耦合器中进行耦合放大，所述光纤光谱仪与所述光纤耦合器通过光纤连接，所述光纤光谱仪用于对耦合放大后的信号进行检测分析。
进一步地，所述光纤准直透镜包括至少两个。
进一步地，所述光纤准直透镜为两个，两个光纤准直透镜分别对准设置在贴合在所述样品检测池相对侧壁上的所述滤光片上。
进一步地，所述光纤准直透镜为三个，其中，两个光纤准直透镜对准设置在贴合在所述样品检测池侧壁上的所述滤光片上，另一个光纤准直透镜对准设置在位于所述两个光纤准直透镜相对侧的所述滤光片。
进一步地，所述样品检测池为荧光分析石英比色皿。
进一步地，所述激发光源采用150w氙灯，并利用所述激发光源自带分光原件，选取280nm波长的光为入射光。
进一步地，所述光纤准直透镜垂直于光源的入射光方向设置。
进一步地，所述光纤采用石英光纤或者聚丙烯光纤。
进一步地，所述光纤耦合器依据采集光谱波长和所需光纤耦合通道数量选取。
进一步地，所述光纤光谱仪选取适于荧光光谱或者发射光谱光纤光谱仪。
本专利通过一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，实现了光学信号的耦合增敏，能够多通道采集光学信号，显著成倍提高光学信号强度。该技术可显著提高荧光分析、发射光谱分析方法的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的双通道的光信号耦合增敏收集装置示意图；
图2为本发明实施例的三通道的光信号耦合增敏收集装置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为发明装置示意图，本申请的适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，包括：样品检测池1、激发光源2、滤光片3、光纤准直透镜4，5、光纤6、光纤耦合器7和光纤光谱仪8，所述激发光源2设置在所述样品检测池1内，所述滤光片3贴合设置在所述样品检测池1侧壁，所述光纤准直透镜4，5对准设置在所述滤光片3上，所述光纤准直透镜4，5采集到的信号通过光纤6分别汇聚到所述光纤耦合器7中进行增强，所述光纤光谱仪8与所述光纤耦合器7通过光纤连接，所述光纤光谱仪8用于对经过增强的信号进行分析。
所述光纤准直透镜4，5包括至少两个，并且可根据检测精度的需要增减。
在本申请图1所示的实施例中双通道的光信号耦合增敏收集装置，所述光纤准直透镜4，5为两个，两个光纤准直透镜4，5分别对准设置在贴合在所述样品检测池1相对侧壁上的所述滤光片3上。
在本申请图2所示的实施例中三通道的光信号耦合增敏收集装置，所述光纤准直透镜4，5为三个，其中，两个光纤准直透镜4，5对准设置在贴合在所述样品检测池1侧壁上的所述滤光片3上，另一个光纤准直透镜4，5对准设置在位于所述两个光纤准直透镜4，5相对侧的所述滤光片3上。
所述样品检测池1可为荧光分析石英比色皿。所述样品检测池可根据实际应用需求更换为其它光谱检测的窗口，本实施案例选取荧光分析石英比色皿。所述激发光源与待测组分、光谱分析原理相关，依据待测组分和光谱分析原理选取合适激发光源，本实施案例选取150w氙灯，并进行利用光源自带分光原件，选取280nm波长的光为入射光。所述滤光片3与待测组分光学性质相关，依据待测组分吸收光谱波长选取滤光片型号，本实施案例选取UV-35型滤光片。
所述滤光片3置于样品检测池1和光纤准直透镜4、5之间。所述光纤准直透镜型号可根据采集光谱波长、强度选取，其型号与光纤型号匹配，本实施案例选取光纤准直透镜型号为CL10，透镜直径8mm。所述光纤准直透镜一端连接光纤，另一端放置于样品检测池的侧面，垂直于光源的入射光方向放置。光纤可依据采集光谱波长，选择石英光纤或者聚丙烯光纤，其型号与光纤准直透镜型号匹配，本实施案例选取光纤直径100微米的石英光纤。
所述光纤耦合器依据采集光谱波长和所需光纤耦合通道数量选取，本实施案例选取光纤耦合器为2*1光纤合路器。所述光纤光谱仪，依据光谱采集信号需求，选取适于荧光光谱或者发射光谱光纤光谱仪，本实施案例选取光纤光谱仪型号为海洋光学USB-2000。
在本发明的实施例中，样品检测池用于盛放待测样品，并作为荧光光谱检测窗口。根据分析需求，检测池也可更换为其它发射光谱的检测窗口。定量抽取待测液体样品和相应荧光试剂，注入样品检测池中。之后，利用激发光源照射样品检测池中的溶液产生荧光。通过多个光纤准直透镜采集荧光信号，并将荧光信号聚焦至各自光纤，并传输至光纤耦合器进行光信号耦合，分别采集到的光学信号，在光纤耦合器中耦合放大，最终传输至光纤光谱仪进行分析，可实现单通道采集光学信号的增敏放大，实现光学增敏分析。本发明中的多光纤准直透镜可以将光谱输入信号增大数倍，降低待测物质的检出限、增大其检出范围；从而进一步提高仪器的灵敏度。可适用于荧光分析以及其它发射光谱分析。
实施例1
配制维生素B2标准溶液100mL，其中维生素B2浓度为10μg/L,醋酸浓度0.02％；配制维生素B2标准溶液100mL，其中维生素B2浓度为1μg/L,醋酸浓度0.02％；配制维生素B2标准溶液100mL，其中维生素B2浓度为0.1μg/L,醋酸浓度0.02％。利用本发明装置，直接移取3mL标准溶液在比色皿中进行采集荧光光谱信号强度。所测定信号强度与利用现有的直接测定信号光谱分析仪进行实验结果比对。结果如表1所示。
分析结果表明，本发明装置能够有效改善荧光分析的灵敏度。采用双通道的光信号耦合增敏收集装置，能够提高荧光光谱信号为1.7倍以上，采用三通道的光信号耦合增敏收集装置，能够提高荧光光谱信号为2.3倍以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种适于光谱分析的多通道光信号耦合增敏收集装置，其特征在于，所述装置包括样品检测池(1)、激发光源(2)、滤光片(3)、光纤准直透镜(4，5)、光纤(6)、光纤耦合器(7)和光纤光谱仪(8)，所述激发光源(2)设置在所述样品检测池(1)内，所述滤光片(3)贴合设置在所述样品检测池(1)侧壁，所述光纤准直透镜(4，5)对准设置在所述滤光片(3)上，所述光纤准直透镜(4，5)采集到的信号通过光纤(6)分别汇聚到所述光纤耦合器(7)中进行耦合放大，所述光纤光谱仪(8)与所述光纤耦合器(7)通过光纤连接，所述光纤光谱仪(8)用于对耦合放大后的信号进行检测分析。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述光纤准直透镜(4，5)包括至少两个。
3.根据权利要求1或2所述装置，其特征在于，所述光纤准直透镜(4，5)为两个，两个光纤准直透镜(4，5)分别对准设置在贴合在所述样品检测池(1)相对侧壁上的所述滤光片(3)上。
4.根据权利要求1或2所述装置，其特征在于，所述光纤准直透镜(4，5)为三个，其中，两个光纤准直透镜(4，5)对准设置在贴合在所述样品检测池(1)侧壁上的所述滤光片(3)上，另一个光纤准直透镜(4，5)对准设置在位于所述两个光纤准直透镜(4，5)相对侧的所述滤光片(3)。
5.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述样品检测池(1)为荧光分析石英比色皿。
6.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述激发光源采用150w氙灯，并利用所述激发光源自带分光原件，选取280nm波长的光为入射光。
7.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述光纤准直透镜垂直于光源的入射光方向设置。
8.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述光纤采用石英光纤或者聚丙烯光纤。
9.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述光纤耦合器依据采集光谱波长和所需光纤耦合通道数量选取。
10.根据权利要求1-4之一所述装置，其特征在于，所述光纤光谱仪选取适于荧光光谱或者发射光谱光纤光谱仪。
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