CN111272725A - 一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪 - Google Patents

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吴建明
曾明超
彭志伟
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Nanjing chengyida Information Technology Co.,Ltd.
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吴建明
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Abstract

本发明提供一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，包括电源系统、激发光源、控制系统、光学系统和计算机，电源系统为激发光源、控制系统和计算机提供电源，光纤系统包括准直聚焦系统、荧光耦合收集系统和色敏/光谱模块，激发光源产生的激发光通过准直聚焦系统入射到被测样品上，被测样品激发的荧光经荧光耦合收集系统进行收集，然后传输到色敏/光谱模块，控制系统控制激发光源和色敏/光谱模块的工作参数，色敏/光谱模块的数据传输到计算机的数据获取模块，并通过光谱处理分析模块获得荧光光谱图，经谱图识别并给出被测样品的检测结果。本发明不仅能实现毒品的多样性检测，且能对微量毒品进行检测。

Description

一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪
技术领域
本发明属于危险品检测技术领域，具体涉及一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪。
背景技术
对毒品等危险品的检测是禁毒工作中必不可少的重要组成部分，是检察院起诉、法院量刑判决的重要依据，毒品检测技术的发展将为禁毒工作的顺利开展提供有力的保障。当前，毒品案件由于取证难，故很难严惩涉毒犯罪分子、威慑和打击毒品犯罪，同时也增加了预防毒品犯罪、减少吸毒群体的难度，难以有效遏制毒品犯罪的蔓延。因此，能够快速、实时、准确获取毒品证据的检测技术和装备对于控制吸毒人群的增加、预防和打击毒品犯罪是非常急需的。现有的毒品检测技术在实际应用中取得了一定的成果，然而其各自又有不同程度的局限性。此外，毒品检测装备的高价格也在一定程度上制约了技术的大范围推广和使用。从大多数用户的经济实力、资源利用率、使用效果等方面考虑，便携、高灵敏度、高分辨、操作简便、低成本的毒品检测装备将是未来安检行业市场最具竞争力的产品。荧光分析法由于灵敏度高、准确度高、选择性强、检测速度快、可用于实时在线测量等特点被广泛应用。荧光信号测量光路简单，仪器开发成本低。据此，急需一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪。
本发明提供了如下的技术方案：
一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，包括电源系统、激发光源、控制系统、光学系统和计算机，所述电源系统为所述激发光源、所述控制系统和所述计算机提供电源，所述光纤系统包括准直聚焦系统、荧光耦合收集系统和色敏/光谱模块，所述激发光源产生的激发光通过所述准直聚焦系统入射到被测样品上，被测样品激发的荧光经所述荧光耦合收集系统进行收集，然后传输到所述色敏/光谱模块，所述控制系统控制所述激发光源和所述色敏/光谱模块的工作参数，所述计算机内设有数据获取模块和光谱处理分析模块，所述色敏/光谱模块的数据传输到计算机的所述数据获取模块，并通过所述光谱处理分析模块获得荧光光谱图，经谱图识别并给出被测样品的检测结果。
优选的，所述激发光源为若干能够激发毒品产生荧光的LED光源，将多种不同发射波长的LED光源形成可编址激发光阵列，通过所述控制系统灵活选择LED光源。
优选的，所述激发光源与所述准直聚焦系统之间采用多芯光纤连接。
优选的，所述荧光耦合收集系统与所述色敏/光谱模块之间也采用多芯光纤连接。
优选的，所述荧光耦合收集系统包括聚光镜、滤光器和光学探头。
优选的，所述色敏/光谱模块包括光谱仪、PMT探测器和锁相放大器，所述PTM探测器的信号输出端与所述锁相放大器的信号输入端相连，所述锁相放大器不仅为激发光源提供稳定的参考频率信号，同时通过内部的滤波单元和稳频放大单元实现信号的有效采集。
优选的，所述锁相放大器的中心频率为1000HZ。
本发明的有益效果是：
本发明利用多数毒品样品具有荧光性质，设计了一种利用荧光对毒品进行检测的检测仪，本发明利用能够激发毒品产生荧光的LED光源作为激发光源，LED体积小、价格低、稳定性高且波长范围宽，可实现仪器的便携式，且多种不同发射波长的LED形成可编址激发光阵列，根据毒品的不同类型可通过程序控制进行灵活选择合适的LED光源，从而实现毒品的多样性检测；由于微量毒品产生的荧光信号较低，因此本发明使用锁相放大器对微弱信号的采集，该锁相放大器不仅可为激发光源提供稳定的参考频率信号，同时通过内部的滤波单元和稳频放大单元实现信号的有效采集，从而通过对探测信号进行的频率调制实现对微弱信号的有效提取，实现区别于噪声信号和探测信号的频率差异，有效解决了由于检测信号较弱淹没在噪声信号中从而难以实现检测信号提取的技术困难。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是不同时间间隔下，冰毒水溶液的荧光光谱图；
图3是不同浓度冰毒水溶液的荧光光谱图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，包括电源系统、激发光源、控制系统、光学系统和计算机，所述电源系统为所述激发光源、所述控制系统和所述计算机提供电源，所述激发光源为若干能够激发毒品产生荧光的LED光源，将多种不同发射波长的LED光源形成可编址激发光阵列，通过所述控制系统灵活选择LED光源。
所述光纤系统包括准直聚焦系统、荧光耦合收集系统和色敏/光谱模块，所述激发光源产生的激发光通过所述准直聚焦系统入射到被测样品上，被测样品激发的荧光经所述荧光耦合收集系统进行收集，然后传输到所述色敏/光谱模块，所述激发光源与所述准直聚焦系统之间采用多芯光纤连接，所述荧光耦合收集系统与所述色敏/光谱模块之间也采用多芯光纤连接。所述荧光耦合收集系统包括聚光镜、滤光器和光学探头，所述色敏/光谱模块包括光谱仪、PMT探测器和锁相放大器，所述PTM探测器的信号输出端与所述锁相放大器的信号输入端相连，所述锁相放大器不仅为激发光源提供稳定的参考频率信号，同时通过内部的滤波单元和稳频放大单元实现信号的有效采集，所述锁相放大器的中心频率为1000HZ。
所述控制系统控制所述激发光源和所述色敏/光谱模块的工作参数，所述计算机内设有数据获取模块和光谱处理分析模块，所述色敏/光谱模块的数据传输到计算机的所述数据获取模块，并通过所述光谱处理分析模块获得荧光光谱图，经谱图识别并给出被测样品的检测结果。
本发明的使用原理是：激发光源产生的激发光通过准直聚焦系统入射到测试样品上，以激发待测样品的荧光，然后通过聚光镜将尽量多的荧光散射光进行收集，通过滤光器滤去散射光，再通过光学探头将荧光搜集，然后传输到光谱仪和PMT探测器中，经过锁相放大器和计算机的数据获取模块对荧光探测信号进行收集，然后通过计算机的光谱处理分析模块获得荧光光谱图，经谱图识别并给出被测样品的检测结果。
本发明利用多数毒品样品具有荧光性质，设计了一种利用荧光对毒品进行检测的检测仪，本发明利用能够激发毒品产生荧光的LED光源作为激发光源，LED体积小、价格低、稳定性高且波长范围宽，可实现仪器的便携式，且多种不同发射波长的LED形成可编址激发光阵列，根据毒品的不同类型可通过程序控制进行灵活选择合适的LED光源，从而实现毒品的多样性检测；由于微量毒品产生的荧光信号较低，因此本发明使用锁相放大器对微弱信号的采集，该锁相放大器不仅可为激发光源提供稳定的参考频率信号，同时通过内部的滤波单元和稳频放大单元实现信号的有效采集，从而通过对探测信号进行的频率调制实现对微弱信号的有效提取，实现区别于噪声信号和探测信号的频率差异，有效解决了由于检测信号较弱淹没在噪声信号中从而难以实现检测信号提取的技术困难。
危险品现场检测仪的性能测试
1、灵敏度
灵敏度是指仪器可以测量得到的最小信号值，表征仪器把光信号变成电信号的能力。一般用与噪声相同的信号来表征仪器所能测量到的最小信号，本发明的检测仪可以测量到的最小信号为5.5mV，这个信号值是分别经过了PMT探测器放大106倍和锁相放大器放大1000倍得到的，所以检测仪的灵敏度为5.5×10-9mV。
2、重复性和稳定性
冰毒浓度都为1000ng/ml，测量一次完成后，摇匀，再分别静置60-240min，多次测量，为方便对比，已将荧光强度作归一化处理，结果如图2所示，结果显示，冰毒的荧光光谱与上一次测量基本保持一致，改变很小，可以忽略。这说明，毒检仪具有较好的重复性和稳定性。
3、检测限
选用冰毒样本，测量了检测仪的检测限，结果示于图3所示，从图中可以看出，当冰毒浓度为15ng/mL时，毒检仪可以清晰地检测出冰毒的荧光信号，而冰毒浓度进一步降低至7.5ng/mL时，冰毒的荧光信号湮没在来源于水的背景信号中，因此，毒检仪对冰毒水溶液的检测限约为15ng/mL，这表明，毒检仪对于冰毒的检测达到了痕量分析的级别。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，包括电源系统、激发光源、控制系统、光学系统和计算机，所述电源系统为所述激发光源、所述控制系统和所述计算机提供电源，所述光纤系统包括准直聚焦系统、荧光耦合收集系统和色敏/光谱模块，所述激发光源产生的激发光通过所述准直聚焦系统入射到被测样品上，被测样品激发的荧光经所述荧光耦合收集系统进行收集，然后传输到所述色敏/光谱模块，所述控制系统控制所述激发光源和所述色敏/光谱模块的工作参数，所述计算机内设有数据获取模块和光谱处理分析模块，所述色敏/光谱模块的数据传输到计算机的所述数据获取模块，并通过所述光谱处理分析模块获得荧光光谱图，经谱图识别并给出被测样品的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述激发光源为若干能够激发毒品产生荧光的LED光源，将多种不同发射波长的LED光源形成可编址激发光阵列，通过所述控制系统灵活选择LED光源。
3.根据权利要求1所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述激发光源与所述准直聚焦系统之间采用多芯光纤连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述荧光耦合收集系统与所述色敏/光谱模块之间也采用多芯光纤连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述荧光耦合收集系统包括聚光镜、滤光器和光学探头。
6.根据权利要求1所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述色敏/光谱模块包括光谱仪、PMT探测器和锁相放大器，所述PTM探测器的信号输出端与所述锁相放大器的信号输入端相连，所述锁相放大器不仅为激发光源提供稳定的参考频率信号，同时通过内部的滤波单元和稳频放大单元实现信号的有效采集。
7.根据权利要求6所述的一种基于荧光光谱分析的危险品现场检测仪，其特征在于，所述锁相放大器的中心频率为1000HZ。
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