CN108489903A - 一种导光毛细管光度仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导光毛细管光度仪，包括光源、光探测器和用于装载测试样品的导光毛细管，所述导光毛细管两端分别设置有反光装置；光源发射的探测光经两个反光装置反射被约束在导光毛细管内往复多次传输，所述光探测器接收由所述导光毛细管射出的探测光或荧光。本发明的导光毛细管光度仪部分探测光，会在两个反光装置之间来回反射传输，从而增加光程、增加检测灵敏度，并且约束能力大幅增强，可大幅降低反射损耗，结构简单、样品流通快方便的调节光程大小。

Description

一种导光毛细管光度仪

技术领域

本发明涉及一种光度计，特别涉及一种导光毛细管光度仪。

背景技术

光度分析仪被广泛用于检测液体或气体样品的成份(即微量物质含量)(Sensorsand Actuators B,vol.191,2014,561-566；Annu.Rev.Anal.Chem.,vol.5,2012,1-14)，其工作原理是：把待测样品置于透明比色皿(或毛细管)中，探测光束通过待测样品，从而检测待测样品对探测光束的吸收光谱(即分光光度计)，或检测待测样品辐射的荧光光谱(即荧光光度计或荧光仪)。

传统导光毛细管存在以下缺点：1.对于特氟龙毛细管，其导光原理是利用特氟龙材质与水溶液之间的微小折射率差(1.3与1.33)，来约束光束，但当毛细管弯曲时光束极易泄露出毛细管；2.对于金属毛细管，其内壁对光束的反射损耗较大，会导致较大的传输损耗，而且金属管内壁的光滑起伏与光程之间的关系复杂，光程调节困难；3.对于光子晶体光纤毛细管，需要加工细微的孔洞，工艺复杂，而且待测液很难注入细孔内(通常需要采用液压泵)。

为了提高检测精度，需要增加比色皿的厚度，即增加待测样品与探测光束的相互作用长度(该长度称为“吸光长度”或“传输光程”，以下简称“光程”)，这会使比色皿体积增大、需求的样品量增多。为此，美国“World Precision Instruments”公司发明了基于特氟龙材质的导光毛细管，以取代比色皿(SPIE,vol.3856,1999,271-281)，但是长的毛细管内易于堆积气泡。中国发明专利CN 104515743 A公开了一种基于导光金属毛细管的光度分析仪，利用金属毛细管来取代比色皿。金属毛细管内存在的光滑起伏，可以散射探测光束，从而使得毛细管中的传输光程可以远大于毛细管的物理长度，因此提高了检测精度。但是，金属管内的光滑起伏制备工艺复杂，难以精确控制，而且金属表面的反射损耗较大，因此需要设计新结构以解决这些问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种导光毛细管光度仪。

本发明提供的一种导光毛细管光度仪的主要技术方案为：

包括光源、光探测器和用于装载测试样品的导光毛细管，所述导光毛细管两端分别设置有反光装置；光源发射的探测光经两个反光装置反射被约束在导光毛细管内往复多次传输，所述光探测器接收由所述导光毛细管射出的探测光或荧光。

本发明提供的一种导光毛细管光度仪，还包括如下附属技术方案：

其中，所述导光毛细管靠近光源的一端设置有第一反光装置，所述导光毛细管靠近光探测器的一端设置有第二反光装置，第一反光装置上设置有探测光入口，光源发射的探测光经所述探测光入口入射至所述导光毛细管。

其中，所述第二反光装置上设置有探测光出口，由导光毛细管传输出的探测光经过该探测光出口射入所述光探测器。

其中，第一反光装置上的探测光入口和第二反光装置上的探测光出口的孔径可调，通过调节孔径大小，调节光源发射的探测光在两反光装置上反射的次数。

其中，第一反光装置上的探测光入口的孔径为0.001～10mm，第二反光装置上探测光出口的孔径为0.001～10mm。

其中，所述第二反光装置为表面完整的平面结构，测试样品在探测光激发下，产生荧光，荧光透过所述第二反光装置入射至所述光探测器。

其中，第一反光装置和第二反光装置均为平面结构，两者平行设置，所述导光毛细管长度方向与所述平面结构表面相垂直或成角度设置。

其中，所述导光毛细管的内径为0.01～10mm，两反光装置分别与导光毛细管相应端的端面之间的间隙小于10mm。

其中，所述第二反光装置和光探测器之间还设置有小孔光阑，光探测器接收由该小孔光阑射出的探测光或荧光；

所述小孔光阑包括孔径为0.01～3mm的透孔。

其中，所述小孔光阑位置可调地设置在第二反光装置背侧，所述光探测器对应小孔光阑的透孔设置。

采用本发明提供的一种导光毛细管光度仪包括以下技术效果：

1.与特氟龙毛细管相比，本发明的金属毛细管是通过金属表面的反射来约束光束，对于任意反射角的光束均能反射，因此约束能力大幅增强；

2.与内壁具有光滑起伏的金属毛细管相比，本发明通过在毛细管两端设置反射镜来提高光程，探测光束可以在两端的反射镜之间来回反射，而且易于选择高反射率材料作为反射镜(如选银反射镜或介质膜反射镜)，因此可大幅降低反射损耗；

3.与光子晶体光纤相比，具有结构简单、样品流通快的特点；

4.在毛细管端面设置反射镜和小孔光阑，通过调节反射镜中的小孔孔径、以及光阑孔径，从而方便的调节光程大小。

附图说明

图1为第一种基于金属毛细管的吸光光度计结构示意图。

图2为第二种基于金属毛细管的荧光光度计结构示意图。

1、导光毛细管，2、光学透镜，3、小孔光阑，4、光源，5、光探测器，6、探测光，7、第一反光装置，8、第二反光装置，9、荧光。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1至图2所示，按照本发明提供的一种导光毛细管光度仪，包括光源4、光探测器5和用于装载测试样品的导光毛细管1，导光毛细管1两端分别设置有反光装置；光源4发射的探测光6经两个反光装置反射被约束在导光毛细管1内往复多次传输；

在导光毛细管1的一端或两端设有反光装置，使得光源4发射的探测光6被约束在毛细管内来回反射传输，从而提高光程，增加检测灵敏度。

其中，光源4发射的探测光6，经导入含有待测样品的光毛细管中传输，然后探测光6或由探测光6激发而产生的荧光9被光探测器5接收。

其中，导光毛细管1靠近光源4的一端设置有第一反光装置7，所述导光毛细管1靠近光探测器5的一端设置有第二反光装置8，第一反光装置7上设置有探测光6的入口，光源4发射的探测光6经所述探测光6的入口入射至所述导光毛细管1。

探测光6的入口的小孔的孔径为0.001～10mm，并且可以通过调节小孔的大小，来调节探测光6在导光毛细管1内来回反射的平均次数，从而调节光程大小。

其中，第一反光装置7和第二反光装置8均为平面结构，两者平行设置，所述导光毛细管1长度方向与所述平面结构表面相垂直或成角度设置。两反光装置分别由光学介质膜或金属膜构成，用于反射探测光6；两反光装置分别与导光毛细管1相应端的端面之间的间隙小于10mm，优选地，间隙小于5mm。

其中，导光毛细管1的内径为0.01～10mm，优选地，导光毛细管1的内径为0.1～5mm；导光毛细管1内壁光滑、并可以反射光束，从而使得探测光6或荧光9被约束在毛细管内传输。

其中，第二反光装置8和光探测器5之间还设置有小孔光阑3，光探测器5接收由该小孔光阑3射出的探测光或荧光9；小孔光阑3包括孔径为0.01～3mm的透孔，优选地，透孔的孔径为0.05～1mm。

其中，小孔光阑3位置可调地设置在第二反光装置8背侧，光探测器5对应小孔光阑3的透孔设置。

小孔光阑3可有选择的接收光束，即特定角度的光束才能通过光阑小孔，屏蔽其他角度的光束。由于光源4发出的探测光6有一定的发散角，不同的发散角会导致不同的光程，即在两个反光装置之间的反射次数。发散角小的光束，经反光装置反射后的横向平移小，因此在逸出反光装置的小孔之前，可以经历更多次反射，即更长的光程。通过改变小孔的大小和位置，可以探测到不同发散角的光束，即不同光程的光束。从而优化检测灵敏度。当光探测器5的入光面积小于或等于光阑小孔面积时，该光阑可以省去，即光探测器5接收的光束大小，等于或小于光阑的小孔面积，因此无需光阑限制光束。

实施例1

第二反光装置8上设置有探测光6的出口，由导光毛细管1传输出的探测光6经过该出口射入所述光探测器5。第一反光装置7上的探测光入口和第二反光装置8上的探测光出口的孔径可调，通过调节孔径大小，调节光源4发射的探测光6在两反光装置上反射的次数。第一反光装置7上的入口的孔径为0.001～10mm，优选地，透孔的孔径为0.005～1mm，第二反光装置8上出口的孔径为0.001～10mm，优选地，透孔的孔径为0.05～1mm。

如图1所示，内壁抛光的不锈钢毛细管，内径为1.0mm，作为导光毛细管1。

当光源4发出的探测光6，经过第一反光装置7的小孔，进入导光毛细管1中。导光毛细管1内填充待测液，探测光被约束在导光毛细管1内传输。

由于毛细管两端分别放置着孔径为0.5mm的银反光装置，包括第一反光装置7和第二反光装置8，当探测光6抵达第二反光装置8时，入射到除小孔以外的光束，会被第二反光装置8反射回第一反光装置7。类似的，当探测光6抵达反光装置7时，入射到除小孔外的光束，也会被第一反光装置7反射回去。因此，部分探测光，会在两个反光装置之间来回反射传输，从而增加光程、增加检测灵敏度。通过控制小孔的大小可以调节光程的大小。

光探测器5接收从第二反光装置8的小孔内透出的探测光6，光探测器5的入光面之前设有小孔光阑3。光阑3可以有选择的接收探测光，只有特定角度的探测光才能通过小孔，屏蔽其他角度的探测光。

光探测器5接收到的光强度，与石英毛细管内待测液的吸光系数有关，通过测试光强度变化，可以获知待测液的成份。

实施例2

第二反光装置8为表面完整的平面结构，测试样品在探测光激发下，产生荧光9，荧光9透过所述第二反光装置8入射至所述光探测器5。

如图2所示，内壁抛光的银毛细管内径为0.4mm，作为导光毛细管1。

当光源4发出的光束6，经过铝制第一反光装置7上孔径为0.3mm的小孔，进入导光毛细管1中。由于银制导光毛细管1内壁的高反射率，可以约束探测光。

由于毛细管两端分别放置着两个反光装置包括带孔的第一铝反光装置7和无孔的介质膜第二反光装置8，当探测光6抵达第二反光装置8时，会被第二反光装置8反射回第一反光装置7。当光束6抵达第一反光装置7时，除入射到小孔以外的光束，会被第一反光装置7反射回去。因此，部分探测光，可以在两个反光装置之间来回反射传输，从而增加光程，即增加光与待测液的相互作用长度、增加检测灵敏度。

待测液产生的荧光9，该荧光9从第二反光装置8透出，通过小孔光阑3、并被光探测器5接收。光阑3可以有选择的接收荧光9，只有特定角度的荧光9才能通过小孔，屏蔽其他角度的荧光9。其中第二反光装置8是介质膜反光装置，类似长波通的带通反光装置，可以反射探测光6阻碍探测光的通过，并可以透过荧光9。

探测光6传输通过含有待测液的导光毛细管1，待测液在探测光6的激发下，即待测液吸收探测光会幅射出荧光9。该荧光9的波长大于探测光6的波长，光探测器5接收荧光9，并通过荧光的强度，获知待测液中荧光物质的含量。

以上所述实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种导光毛细管光度仪，包括光源、光探测器和用于装载测试样品的导光毛细管，其特征在于，所述导光毛细管两端分别设置有反光装置；光源发射的探测光经两个反光装置反射被约束在导光毛细管内往复多次传输，所述光探测器接收由所述导光毛细管射出的探测光或荧光。

2.根据权利要求1所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述导光毛细管靠近光源的一端设置有第一反光装置，所述导光毛细管靠近光探测器的一端设置有第二反光装置，第一反光装置上设置有探测光入口，光源发射的探测光经所述探测光入口入射至所述导光毛细管。

3.根据权利要求2所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述第二反光装置上设置有探测光出口，由导光毛细管传输出的探测光经过该探测光出口射入所述光探测器。

4.根据权利要求3所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，第一反光装置上的探测光入口和第二反光装置上的探测光出口的孔径可调，通过调节孔径大小，调节光源发射的探测光在两反光装置上反射的次数。

5.根据权利要求4所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，第一反光装置上的探测光入口的孔径为0.001～10mm，第二反光装置上探测光出口的孔径为0.001～10mm。

6.根据权利要求2所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述第二反光装置为表面完整的平面结构，测试样品在探测光激发下，产生荧光，荧光透过所述第二反光装置入射至所述光探测器。

7.根据权利要求2-5任一所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，第一反光装置和第二反光装置均为平面结构，两者平行设置，所述导光毛细管长度方向与所述平面结构表面相垂直或成角度设置。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述导光毛细管的内径为0.01～10mm，两反光装置分别与导光毛细管相应端的端面之间的间隙小于10mm。

9.根据权利要求2-6任一所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述第二反光装置和光探测器之间还设置有小孔光阑，光探测器接收由该小孔光阑射出的探测光或荧光；

所述小孔光阑包括孔径为0.01～3mm的透孔。

10.根据权利要求9所述的一种导光毛细管光度仪，其特征在于，所述小孔光阑位置可调地设置在第二反光装置背侧，所述光探测器对应小孔光阑的透孔设置。