CN1083573C - 光纤喇曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属以光纤样品作前置光路的喇曼光谱仪。其结构包括光源(1)、样品室、单色仪(5)、光电接收及信号放大装置(6)、计算机(7)等。样品室是由一段液芯光纤(10)及两端加装的封头构成,光纤长度可根据光纤参数及样品性质相关的参数选取。两端封头分别装在两个三维调节架上。本发明大大提高检测灵敏度,降低成本,更换样品方便,能对有机、无机、生物样品进行检测,在科研、教学、环保、医药、食品领域得到应用。
Description
本发明属检测分析设备,特别涉及以光纤样品作前置光路的喇曼光谱仪。
现有的喇曼光谱仪由光源、样品室、单色仪、光电接收和放大装置及计算机等几部分构成。光源发出的激发光通过样品室激发样品,产生喇曼光谱由单色仪接收,经光电接收及信号放大装置转换光谱信号并将其放大,送入计算机进行数据存储和处理。样品室主要由毛细管构成。这种普通喇曼光谱仪喇曼光谱的强度较低,不利于检测精度的提高。
本发明为克服现有技术的不足,设计光纤样品室,达到提高光谱强度和检测灵敏度的目的。
本发明的光纤喇曼光谱仪与普通光谱仪结构基本相同,只是在前置光路上采用光纤样品室。即整体结构为:激光光源、光纤样品室、单色仪、光电接收及信号放大装置及计算机。
光纤样品室的结构中包括:底座,在底座两端安装的两个三维调节架,一条两端封闭的空心光纤,该光纤的两个封端分别装在两个三维调节架上。通常,样品光纤较长,在10~300cm,因此光纤在两个三维调节架之间要盘上圈圈。测试时液体样品要注入空心光纤中。
空心光纤的封头既要透光,又要不泄漏液体样品,还要方便注入液体样品。为此,该光纤的封头采用中间带有圆球的玻璃管制作的外套,套在空心光纤的端头制成。玻璃管的一端开口,另一端平齐密封,作为入射光窗口。光纤自开口端插入后,用灌封材料,比如铟锡材料,将空心光纤外侧与玻璃管内侧之间密封。为了能注入液体样品,在外套的球形部分接有样品注入管与圆球部分的内腔贯通。
本发明的具体结构出附图给出。
图1是本发明的整体结构框图。
图2是本发明的光纤样品室的结构示意图。
图3是本发明的光纤封头结构图。
图1中,光源1可以是单一波长的激光光源,亦可用可调谐激光光源,使用可调谐激光时,很容易获得光纤样品共振喇曼光谱。2是入射光,3是光纤样品室,4是出射光,5是单色仪,6是光电接收及信号放大装置(PM),7是计算机。
图2中,8为光纤样品室底座,9为三维调节架,两个三维调节架9分别装在底座8的两端,10为空心光纤。其内将注入被测样品,图中的光纤被圈了一圈。11为入射端光纤封头,12为出射端光纤封头。激发光入射光2照射在光纤的封头顶端,并从光纤的另一端射出进入单色仪5。三维调节架9可调节光纤封头(11、12)的角度,准确接收入射光2和使出射光4对准单色仪5的窗口。
图3中,10是空心光纤,13为封头外套,可以是一根玻璃管及中间带有圆球的形状,14是封头的空心圆球部分,15是玻璃口。入射光2或出射光4从玻璃窗口15射入或射出,16是样品注入管,液体样品自这里注入外套的圆球部分14,再从玻璃窗口15处进入空心光纤10内,空心光纤10注满液体样品后,将两封头的样品注入管封死。17是铟锡灌封材料,将液体样品封在封头外套13和空心光纤10内,并保证不泄漏。
本发明的光纤样品室采用的原理是:注入液体样品的空心光纤一端被一激发光照射,当液体样品的折射率大于空心光纤壁的折射率时,光在空心光纤壁的内表面形成全反射。激发光在光纤内传播过程中,又不断地激发液体样品,所产生的喇曼光谱(或荧光光谱)也在光纤中传播,其强度不断被积累,最后从光纤另一端被“放大”输出。通常情况下,采用光纤样品获得的喇曼光谱,其强度比普通喇曼光谱方法的强度大103倍左右。如果适当改变激发光的波长,还可产生共振喇曼光谱。共振喇曼光谱强度要比普通喇曼光谱的强度大108~109倍。
本发明所说的液体样品,包括有机的、无机的样品,还包括生物样品。所说的空心光纤其长度应根据光纤参数及样品性质相关的参数选取,或通过实验选取。由于使用三维调节架固定光纤的封头。光纤又可以在三维调节架之间打圈,因而更换和安装不同长度的光纤是很容易办到的。
为了检验本发明的测试效果,举一个测试实例:光纤长度取2m,样品为胡萝卜素溶CS2中,样品浓度10-15mol/L,激发光波长514.4nm,其喇曼光谱强度为普通喇曼光谱强度的103倍。
本发明的光纤喇曼光谱仪,结构上较普通喇曼光谱仪并不复杂,而检测灵敏度大大提高。进而可降低对分光系统、光谱接收系统的性能要求,也就大大降低了喇曼光谱仪的制造成本。本发明的光纤样品室在安装、调节、更换空心光纤上也很方便。当采用较低能量的激发光时,即可获得较强的喇曼光谱(或荧光光谱),因此,能应用于科研、环境保护、医学、药品、食品等方面的检测分析及大专院校理科实验教学,应用前景极其广阔。
Claims (1)
1、一种光纤喇曼光谱仪,由光源(1)、样品室、单色仪(5)、光电接收及信号放大装置(6)和计算机(7)构成;光源(1)为激光光源,其特征在于,所说的样品室是光纤样品室(3),它是由一段液芯光纤(10)及两端头安装的支架构成;所说的液芯光纤(10)的两端头是分别装在封头外套(13)内的,封头外套(13)的一端开口以插入液芯光纤(10),对应的另一端为玻璃窗口(15),液芯光纤(10)的端头与其相对;封头外套(13)的侧面开口接有样品注入管(16);封头外套(13)的开口端跟液芯光纤(10)之间密封;所说的支架是三维调节架(9),液芯光纤(10)两端的封头外套(13)分别固定在两个三维调节架(9)上。
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