CN108801985A - 一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光谱仪领域，具体提供一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪，所述光谱仪包括超连续谱光源、波长选择器、样品池、电动滤光片、光谱仪、PMT探测器和/或CCD探测器、计算机，所述超连续谱光源能够发射325nm‑2400nm的连续激发光；本发明采用超连续谱光源做为光源提供连续光和脉冲光，实现荧光光谱及吸收光谱光源的简单化。再使用波长选择器实现激发波长的选择，避免了常规光谱仪通过分光选择激发光波长。利用风冷CCD和/或PMT即可实现荧光光谱、时间分辨荧光光谱，以及吸收光谱、时间分辨吸收光谱的采集与研究。

Description

一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪
技术领域
本发明涉及光谱仪领域，具体提供一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪，本发明采用超连续谱光源做为光源提供连续光和脉冲光，实现荧光光谱及吸收光谱光源的简单化。再使用波长选择器实现激发波长的选择，避免了常规光谱仪通过分光选择激发光波长。利用风冷CCD和/或PMT即可实现荧光光谱、时间分辨荧光光谱，以及吸收光谱、时间分辨吸收光谱的采集与研究。
背景技术
荧光光谱及吸收光谱是进行样品分析的有力工具，常规荧光光谱仪和吸收光谱仪结构复杂，需要各种激发光源实现时间分辨荧光或吸收光谱测量，并且在红外区的检测探测器需要深度液氮制冷，仪器运行复杂。
发明内容
本发明提供一种光谱仪，能够实现将荧光光谱和吸收光谱集为一体，无需更换光源，使用波长选择器选择所需波长，再通过设置在波长选择器与样品池之间的三块反射镜，对进入样品池中的照射光波长进行切换，进而得到荧光光谱或吸收光谱。
本发明所采用的技术方案为:
一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪：所述光谱仪包括超连续谱光源、波长选择器、样品池、电动滤光片、光谱仪、PMT探测器和/或CCD探测器、TCSPC时间相关光子计数器、计算机，所述超连续谱光源能够发射325nm-2400nm的连续激发光；
检测吸收光谱时，从波长选择器的出射光进入样品池的过程中经过三块反射镜，第一块反射镜置于波长选择器与样品池之间，使从波长选择器射出的光垂直经过第一块反射镜90°反射到第二块反射镜，第二块反射镜与第一块反射镜平行相对放置，使光90°反射到第三块反射镜，光通过第三块反射镜90°垂直入射到样品池；
检测荧光光谱时，拆卸波长选择器与样品池之间的第一块反射镜，使从波长选择器的出射光直接进入样品池；
从样品池射出的光信号经电动滤光片上的滤光片滤除光源杂散光后得到所需波长范围的光，通过光纤入射到光谱仪的入射狭缝处，光信号经光谱仪分光后入射到PMT探测器或CCD探测器接收透过的光强，再经计算机的数据采集系统记录光信号，得到荧光光谱或吸收光谱。
TCSPC时间相关光子计数器设置于PMT探测器或CCD探测器与计算机之间，用于获得时间分辨荧光光谱或时间分辨吸收光谱。
获得吸收光谱时将超连续谱光源发出的激发光经波长选择器发出波长连续变化的入射光通过三块反射镜照射到样品池中的样品上；获得荧光光谱时将超连续谱光源发出的激发光经波长选择器发出波长固定的入射光照射到样品池中的样品上。
超连续谱光源与波长选择器之间，电动滤光片与光谱仪之间均使用光纤传输光信号。
波长选择器用于激发光源的波长选择。
所述光谱仪采用透射式光栅成像光谱仪、反射式光栅成像光谱仪或凹面光栅成像光谱仪。
PMT探测器及CCD探测器的检测范围为200nm-1700nm。
在进行荧光光谱检测时，样品池采用荧光池，光路沿超连续谱光源射出方向入射样品池，光谱仪检测垂直于光路方向的样品发光；在进行吸收光谱检测时，样品池采用比色皿，此时光路经过三块反射镜后沿垂直于超连续谱光源射出方向入射样品池，且通过样品池的透光面入射，检测样品吸收。
所述荧光池为四面透光，所述比色皿为两面透光。
所述样品池优选材质为石英。
所述计算机用于控制激光器，光谱仪和检测器，完成数据采集处理，实现光谱检测。
有益效果：
本发明采用超连续谱光源(白光激光器)作为激发光源，可以提供连续光和脉冲光，光源同时提供连续波长变化功能，可以作为荧光激发光谱和吸收谱的光源，实现了荧光光谱、吸收光谱、时间分辨荧光光谱，时间分辨吸收光谱的单一光源，避免了常规采集的多种光源。并利用CCD和PMT进行荧光光谱、时间分辨荧光光谱的采集，实现荧光光谱和时间分辨荧光光谱相关研究，使荧光光源简单化。同时采用波长选择器实现激发波长的选择，避免了常规光谱仪通过分光来选择激发光波长。波长选择器也可控制光源发出波长连续变化的入射光，实现了吸收光谱的相关研究。在手性催化、药物检测以及生物科学领域将发挥重要的作用。
附图说明
图1为一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪的结构示意图。
图2为实施例2实验检测得到的荧光发射谱，其中，图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6分别为激发波长460nm、465nm、470nm、475nm、480nm、485nm的荧光发射谱。
图3为实施例3实验检测得到的吸收光谱和荧光光谱图，其中，图3-1为吸收谱图；图3-2为荧光发射谱图，激发波长320nm。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例详述本发明。
实施例1
如图1所示，一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪，包括：超连续谱光源1，波长选择器2，样品池3，电动滤光片4，光谱仪5，(电动滤光片和光谱仪之间用光纤传输光)，PMT探测器6，CCD探测器7，TCSPC时间相关光子计数器8,计算机9。
激发光源1采用超连续谱光源(白光激光器)，同时提供高脉冲激发光源，一并实现荧光光谱和时间分辨荧光光谱研究。
获得荧光光谱时，超连续谱光源1发出的光通过波长选择器2，选择特定波长作为激发光入射到样品池3中的样品上，入射光与检测光垂直。荧光样品发出的荧光，经电动滤光片4滤除杂光，通过光纤入射到光谱仪5的入射狭缝处，荧光信号经光谱仪5分光后入射到光谱仪的PMT探测器6或CCD探测器7，经计算机9的数据采集系统记录荧光信号。如获得时间分辨荧光光谱，则将PMT探测器6或CCD探测器7的荧光光谱信号通过TCSPC时间相关光子计数器8检测，经计算机9的数据采集系统记录时间分辨荧光信号。获得吸收光谱时，波长选择器2用于光波长的连续变化与调节，作为样品吸收光谱的光源，通过三块反射镜10调节光路，在进行荧光光谱检测时，图一所示的虚线处反射镜取下，光路沿平行方向入射样品池3，检测器检测垂直于光路方向的样品发光；在进行吸收光谱检测时图一所示虚线反射镜应安放，此时光路沿垂直方向入射样品池3，并保证入射光透过样品池3，检测样品吸收。光通过样品池3后射出，经光纤，由电动滤光片4进入光谱仪5，分光后入射到光谱仪的PMT探测器6或CCD探测器7，经计算机9的数据采集系统记录吸收信号，获得吸收光谱。如获得时间分辨吸收光谱，则将PMT探测器6或CCD探测器7的吸收光谱信号通过TCSPC时间相关光子计数器8检测，经计算机9的数据采集系统记录时间分辨吸收信号。
所述计算机9用于控制激光器，光谱仪和检测器，完成数据采集处理，实现光谱检测。
整个系统中的机械控制，数据采集，电子信息反馈皆通过电脑控制，见图1中虚线。
实施例2
不同激发波长获得的FAM标记的DNA荧光发射谱图。
FAM标记的DNA序列HT21(GGG(TTAGGG)3)在MOPS buffer(20mM,pH6.5,Na+50mM)中形成G4链体，不同激发波长获得的荧光发射谱图。
如图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6所示，分别为激发波长460nm、465nm、470nm、475nm、480nm、485nm的荧光发射谱。
实施例3
使用实施例1所示的一体化光谱仪检测三联吡啶Zn配合物的吸收光谱和荧光光谱图。
图3-1吸收谱图；图3-2荧光发射谱图，激发波长320nm。
在进行荧光光谱检测时，样品池3采用四面透光石英池，图一所示的虚线处反射镜取下，光路沿平行方向入射样品池，检测器检测垂直于光路方向的样品发光；在进行吸收光谱检测时，样品池采用两面透光石英池，图一所示虚线反射镜应安放，此时光路沿垂直方向入射样品池，并保证入射光透过样品池，检测样品吸收。

Claims (10)

1.一种荧光光谱和吸收光谱集为一体的光谱仪，其特征在于：所述光谱仪包括超连续谱光源(1)、波长选择器(2)、样品池(3)、电动滤光片(4)、光谱仪(5)、PMT探测器(6)和/或CCD探测器(7)、TCSPC时间相关光子计数器(8)、计算机(9)，所述超连续谱光源(1)能够发射325nm-2400nm的连续激发光；
检测吸收光谱时，从波长选择器(2)的出射光进入样品池(3)的过程中经过三块反射镜(10)，第一块反射镜置于波长选择器(2)与样品池(3)之间，使从波长选择器(2)射出的光垂直经过第一块反射镜90°反射到第二块反射镜，第二块反射镜与第一块反射镜平行相对放置，使光90°反射到第三块反射镜，光通过第三块反射镜90°垂直入射到样品池(3)；
检测荧光光谱时，拆卸波长选择器(2)与样品池(3)之间的第一块反射镜，使从波长选择器(2)的出射光直接进入样品池(3)；
从样品池(3)射出的光信号经电动滤光片(4)上的滤光片滤除光源杂散光后得到所需波长范围的光，通过光纤入射到光谱仪(5)的入射狭缝处，光信号经光谱仪(5)分光后入射到PMT探测器(6)或CCD探测器(7)接收透过的光强，再经计算机(9)的数据采集系统记录光信号，得到荧光光谱或吸收光谱。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：TCSPC时间相关光子计数器(8)设置于PMT探测器(6)或CCD探测器(7)与计算机(9)之间，用于获得时间分辨荧光光谱或时间分辨吸收光谱。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：获得吸收光谱时将超连续谱光源(1)发出的激发光经波长选择器(2)发出波长连续变化的入射光通过三块反射镜(10)照射到样品池(3)中的样品上；获得荧光光谱时将超连续谱光源(1)发出的激发光经波长选择器(2)发出波长固定的入射光照射到样品池(3)中的样品上。
4.按照权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：
超连续谱光源(1)与波长选择器(2)之间，电动滤光片(4)与光谱仪(5)之间均使用光纤传输光信号。
5.按照权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：
波长选择器(2)用于激发光源的波长选择。
6.按照权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：
所述光谱仪采用透射式光栅成像光谱仪、反射式光栅成像光谱仪或凹面光栅成像光谱仪。
7.按照权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：
PMT探测器(6)及CCD探测器(7)的检测范围为200nm-1700nm。
8.按照权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：
在进行荧光光谱检测时，样品池(3)采用荧光池，光路沿超连续谱光源(1)射出方向入射样品池(3)，光谱仪检测垂直于光路方向的样品发光；在进行吸收光谱检测时，样品池(3)采用比色皿，此时光路经过三块反射镜(10)后沿垂直于超连续谱光源(1)射出方向入射样品池(3)，且通过样品池(3)的透光面入射，检测样品吸收。
9.按照权利要求8所述的光谱仪，其特征在于：
所述荧光池为四面透光，所述比色皿为两面透光。
10.按照权利要求1所述荧光光谱仪，其特征在于：
所述计算机(9)用于控制激光器，光谱仪和检测器，完成数据采集处理，实现光谱检测。
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