CN110749584A - 一种便携式荧光光谱仪 - Google Patents

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刘本康
林峰
于乃森
赵慧琳
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Abstract

本发明公开了一种便携式荧光光谱仪，属于光谱分析装置技术领域。包括，积分球支架，作为被测量样品的样品池以及对激发光源和荧光光谱进行均匀化处理的积分球，光路传输所使用的第一光纤、第二光纤和第三光纤，光谱仪，光强调节器以及为荧光光谱的测量提供激发光源的激光光源。本发明的有益效果是：可以充分克服传统吸收光谱仪在液体测量方面的灵敏度、准确性等特性方面的不足，从而大大提升仪器的性能。

Description

一种便携式荧光光谱仪
技术领域
本发明涉及一种光谱分析装置，具体地说是一种可以实现准确测量溶液荧光光谱的便携式荧光光谱仪。
背景技术
随着经济的发展，人们生活质量的不断提升，分析技术尤其是荧光光谱技术除了在科研领域，比如材料科学，物理与化学，生物与医学等高端领域有着非常重要的应用之外，在与我们息息相关的食品卫生，环境安全等诸多民生领域也发挥着愈发重要的作用。
当物质被一束短波长的激光激发到其自身的激发态时，会发生从物质激发态向基台跃迁的能量辐射过程，在这个从高能级向低能级跃迁的过程中伴随的辐射光被称之为荧光。荧光光谱技术通过对照被测量物质的荧光强度就可以根据被测量物质的特征光谱分析出物质的浓度信息，并且对被分析物质做出最终的诊断，具有高效、快速，低成本等突出优点，被广泛应用于科研以及日常生活的相关领域。但是，随着科技的发展，吸收光谱技术所伴随的技术水平也不断提升，随之而来的是对其相应的技术标准的要求也愈发严格。
传统的测量液相的荧光光谱技术往往激光激发，在垂直方向采集荧光的光路设计方案，基于这种方式得到的荧光光谱在一定程度上限制的被分析物质的灵敏度。由于被分析物质尤其是液体物质的理化特性的各项异性，使得光路激发垂直采样方式失去了全面准确测量物质的合理性，从而使得被测量物质的结果并非其真实的结果。
发明内容
本发明是鉴于以上的事实而做出的，其目的在于提供一种便携式荧光光谱仪，这种荧光光谱仪可以在测量液体物质过程中具有比传统荧光光谱仪更加优良的灵敏度、准确性以及便捷性等特点。
本发明的技术方案是：一种便携式荧光光谱仪，包括，积分球支架，作为被测量样品的样品池以及对激发光源和荧光光谱进行均匀化处理的积分球，光路传输所使用的第一光纤、第二光纤和第三光纤，光谱仪，光强调节器，为荧光光谱的测量提供激发光源的激光光源；
积分球支架支撑固定所述积分球，所述积分球支架上设有用于调节所述积分球高度的高度调节机构，所述积分球包括由积分球基底组成的空心球体，所述空心球体顶部和侧部分别设有样品支架和入射光孔，空心球体底部设有出射光孔，空心球体内壁设有积分球内涂层，空心球体内设有挡光板，所述挡光板位于出射光孔上方，所述入射光孔位于挡光板侧上方；
激光光源经第三光纤连接光强调节器，光强调节器经第二光纤连接入射光孔，出射光孔经第一光纤连接光谱仪。
积分球支架高度10cm-200cm。
所述积分球内涂层为白色，材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯，积分球内涂层的厚度为0.1mm至5mm。
所述样品支架上通过螺栓可拆卸的固定有圆柱形样品池或者比色皿样品池，所述螺栓表面为白色。
所述挡光板表面设有白色涂层，所述白色涂层材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。
入射光孔与出射光孔的光孔盖上耦合有光纤快接头，所述光纤快接头为SMA或者FC接头，所述光孔盖内表面涂有白色涂层，所述涂层的材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。
所述第一光纤、第二光纤和第三光纤均为石英光纤，传输的光谱范围190nm至红外波段，纤芯直径为0.01mm至1.0mm。
所述空心球体为铝合金或不锈钢材质，空心球体直径为20mm至2500mm，所述积分球基底外表面涂有黑色涂层。
所述光谱仪的光谱探测范围是190nm至1100nm。
本发明的有益效果是：可以充分克服传统吸收光谱仪在液体测量方面的灵敏度、准确性等特性方面的不足，从而大大提升仪器的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为基于本发明测量硒化镉量子点的荧光光谱。
图中附图标记如下：1-积分球支架，2-积分球，2a-样品支架，2b-积分球基底，2c-积分球内涂层，2d-入射光孔，2e-挡光板，2f-出射光孔，3a-第一光纤，3b-第二光纤，3c-第三光纤，4-光谱仪，5-光强调节器，6-激光光源。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明做进一步说明：
一种便携式荧光光谱仪，包括，积分球支架1，作为被测量样品的样品池以及对激发光源和荧光光谱进行均匀化处理的积分球2，光路传输所使用的第一光纤3a、第二光纤3b和第三光纤3c，光谱仪4，光强调节器5以及为荧光光谱的测量提供激发光源的激光光源6；积分球支架1支撑固定所述积分球2，所述积分球支架1上设有用于调节所述积分球2高度的高度调节机构，积分球支架1高度10cm-200cm，所述积分球2包括由积分球基底2b组成的空心球体，所述空心球体顶部和侧部分别设有样品支架2a和入射光孔2d，空心球体底部设有出射光孔2f，空心球体内壁设有积分球内涂层2c，空心球体内设有挡光板2e，所述挡光板2e位于出射光孔2f上方，所述入射光孔2d位于挡光板2e侧上方；激光光源6经第三光纤3c连接光强调节器5，光强调节器5经第二光纤3b连接入射光孔2d，出射光孔2f经第一光纤3a连接光谱仪4。所述积分球内涂层2c为白色，材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯，积分球内涂层2c的厚度为0.1mm至5mm。所述样品支架2a上通过螺栓可拆卸的固定有圆柱形样品池或者比色皿样品池，所述螺栓表面为白色。所述挡光板2e表面设有白色涂层，所述白色涂层材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。入射光孔2d与出射光孔2f的光孔盖上耦合有光纤快接头，所述光纤快接头为SMA或者FC接头，所述光孔盖内表面涂有白色涂层，所述涂层的材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。所述第一光纤3a、第二光纤3b和第三光纤3c均为石英光纤，传输的光谱范围190nm至红外波段，纤芯直径为0.01mm至1.0mm。所述空心球体为铝合金或不锈钢材质，空心球体直径为20mm至2500mm，所述积分球基底2b外表面涂有黑色涂层。所述光谱仪4的光谱探测范围是190nm至1100nm。
光强调节器5可以通过改变入射光的有效面积来调整光强大小，或者还可以通过引入衰减介质来改变入射光强的大小；光强调节器5的存在确保光谱仪探测到的光谱在非饱和区域，以此确保得到真实并且信噪比较好的光谱结果。挡光板2e将出射光孔内光纤的收集角度完全遮挡，从而确保出射光孔只能接受从积分球内涂层散射进入到出射光孔的光成分；挡光板2e将积分球2分成两部分，其中样品支架2a与入射光孔2d位于积分球内部的同一侧，而出射光孔2f位于积分球2挡光板的另外一侧。激光光源6可以提供的激发波长范围根据具体样品的吸收光谱来进行选择，为了保证本荧光光谱仪的便携性，典型的激光光源6可以采用小型半导体激光器。
作为本发明的一个实施例，将积分球2的直径设计为15厘米，用铝合金制作而成中空球体，其中外侧用金属氧化黑处理，内侧镀硫酸钡涂层，涂层厚度0.8毫米。积分球开3个通孔，其中一个连接样品支架，另外两个分别连接入射光纤和出射光纤。其中管线与光孔盖之间是SMA905光纤快接头，本实施例所使用的样品支架所固定的样品池是直径为5毫米，高度为30毫米的圆柱形样品池。采用的激光光源为400nm半导体激光器，功率为50mW，通过调节衰减调节器的通光孔大小来调节光强。为了提高仪器的便携性，所采用的光谱仪为光纤光谱仪，分辨率0.2nm，每秒钟采样率不低于50次。基于上述设置，利用硒化镉量子点为被测试对象测试了其荧光光谱，具体的得到了如图2所示的硒化镉量子点的荧光光谱。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式荧光光谱仪，其特征在于，包括，积分球支架(1)，作为被测量样品的样品池以及对激发光源和荧光光谱进行均匀化处理的积分球(2)，光路传输所使用的第一光纤(3a)、第二光纤(3b)和第三光纤(3c)，光谱仪(4)，光强调节器(5)，为荧光光谱的测量提供激发光源的激光光源(6)；
积分球支架(1)支撑固定所述积分球(2)，所述积分球支架(1)上设有用于调节所述积分球(2)高度的高度调节机构，所述积分球(2)包括由积分球基底(2b)组成的空心球体，所述空心球体顶部和侧部分别设有样品支架(2a)和入射光孔(2d)，空心球体底部设有出射光孔(2f)，空心球体内壁设有积分球内涂层(2c)，空心球体内设有挡光板(2e)，所述挡光板(2e)位于出射光孔(2f)上方，所述入射光孔(2d)位于挡光板(2e)侧上方；
激光光源(6)经第三光纤(3c)连接光强调节器(5)，光强调节器(5)经第二光纤(3b)连接入射光孔(2d)，出射光孔(2f)经第一光纤(3a)连接光谱仪(4)。
2.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述积分球支架(1)高度10cm-200cm。
3.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述积分球内涂层(2c)为白色，材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯，积分球内涂层(2c)的厚度为0.1mm至5mm。
4.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述样品支架(2a)上通过螺栓可拆卸的固定有圆柱形样品池或者比色皿样品池，所述螺栓表面为白色。
5.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述挡光板(2e)表面设有白色涂层，所述白色涂层材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，入射光孔(2d)与出射光孔(2f)的光孔盖上耦合有光纤快接头，所述光纤快接头为SMA或者FC接头，所述光孔盖内表面涂有白色涂层，所述涂层的材质为硫酸钡或者聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述第一光纤(3a)、第二光纤(3b)和第三光纤(3c)均为石英光纤，传输的光谱范围190nm至红外波段，纤芯直径为0.01mm至1.0mm。
8.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述空心球体为铝合金或不锈钢材质，空心球体直径为20mm至2500mm，所述积分球基底(2b)外表面涂有黑色涂层。
9.根据权利要求1所述的便携式荧光光谱仪，其特征在于，所述光谱仪(4)的光谱探测范围是190nm至1100nm。
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