CN112414959A - 一种小型、高灵敏度的分光光度计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型、高灵敏度的分光光度计，分光光度计主要由光源、毛细管、线性渐变滤光片LVF以及光电探测器组成；利用LVF对光源发出的探测光束进行光谱检测；在LVF表面设置遮光条作为光谱定位标记；同时，采用毛细管作为样品池。用LVF取代传统的迈克尔逊干涉仪进行光谱检测，从而大幅降低分光光度计的体积与成本，并提高了分光光度计的抗干扰能力；同时，在LVF表面的特定位置设置遮光条，从而降低对机械平移装置的移动精度要求；此外，在样品池方面，利用毛细管取代传统的比色皿，从而增加光程、提高检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及分光光度计，具体涉及一种小型、高灵敏度的分光光度计，可用于液体和气体的成分分析。
背景技术
分光光度计广泛用于测试液体(或气体)样品的成分(如水中重金属含量、燃油中含水量、以及空气中CO2气体含量等)，其原理是检测待测物的吸收光谱(或荧光光谱)。现有光谱检测方法通常采用迈克尔逊干涉仪(或光栅)。但是，对于迈克尔逊干涉仪，其结构复杂、易受外部干扰；对于光栅，其光谱分辨率较低，而且需要复杂的角度转动装置。此外，分光光度计通常采用比色皿作为样品池，其检测灵敏度受到比色皿的宽度限制(探测光在待测样品中的传输距离受限于比色皿宽度)。
线性渐变滤光片(linear variable filter，简称LVF)是一种可调滤光片——透射波长随空间位置的移动而改变(即滤光片的不同位置透过不同的波长)。因此，通过平移滤光片，即可滤出不同波长的光线，从而实现光谱检测。通常，线性滤光片是由腔长渐变的Fabry-Perot光学谐振腔构成。
与迈克尔逊干涉仪相比，LVF的结构简单紧凑，并且具有优异的抗干扰能力。因此，利用LVF代替迈克尔逊干涉仪，可以大幅降低分光光度计的体积与成本。但是，LVF需要高精度的平移装置，这增加了分光光度计的成本和体积。
综上所述，如何实现小型、高灵敏度的分光光度计，是本发明的创研动机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小型、高灵敏度的分光光度计。
本发明的技术方案为：
一种小型、高灵敏度的分光光度计主要由光源、毛细管、线性渐变滤光片(LVF)以及光电探测器组成；利用LVF对光源发出的探测光束进行光谱检测；在LVF表面设置遮光条作为定位标志，以降低对机械装置的平移精度要求；此外，采用毛细管作为样品池，不仅易于检测流动样品，而且能提高检测灵敏度。
其中，光源发出的探测光束，进入并沿着毛细管内部传输，最后被光电探测器所接收。其中，毛细管内填充着静止(或流动状态)的待测样品。
所述LVF，其不同位置的透射波长不同。因此通过平移滤光片，即可滤出不同波长的光线，从而实现光谱检测。
所述LVF，放置于光源(或光电探测器)与毛细管之间，以实现对探测光束的光谱检测。
所述LVF，在其表面的特定区域设置有遮光条(即遮光条固定在LVF表面的特定区域)，用以改变该区域的光线传播。当平移LVF，使得遮光条与探测光束相遇时，光电探测器接收到的光功率就会产生额外损耗(由于遮光条遮挡了探测光束)，因此在特定波长处(即遮光条所处位置所对应的LVF透过波长)产生一个光功率凹坑。
所述光功率凹坑，对应光谱的特定波长位置，因此可以作为光谱的定位标记，从而降低对机械平移装置的移动精度要求。
所述遮光条，其形状为圆形、椭圆形、或多边形，优选长方形的细长条(即遮光条)。遮光条的宽度介于0.01mm至5mm之间，优选宽度为1～2mm。
所述毛细管，其材质包括石英、特富龙、以及金属，优选金属毛细管。
所述探测光束，是沿着毛细管的轴向传输，由于探测光束可以在毛细管内部发生多次反射传输，其传输光程可以接近甚至大于毛细管长度，从而提高测试灵敏度。注：根据Lambert-Beer定律，待测液体的吸光度正比于光程长度，因此光程越长、探测到的光度值越大(相应的检测灵敏度越高)。
本发明提供的小型、高灵敏度的分光光度计具有以下优点：利用LVF取代传统的迈克尔逊干涉仪进行光谱检测，从而大幅降低分光光度计的体积与成本，并提高了分光光度计的抗干扰能力；同时，在LVF表面设置遮光条作为光谱定位标记，从而降低对机械平移装置的移动精度要求；此外，在样品池方面，利用毛细管取代传统的比色皿，从而增加光程、提高检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明光度计的一种结构示意图。
图2为本发明光度计的另一种结构示意图。
图3为带有遮光条的LVF结构示意图。
图中：1光源；2入光透镜；3探测光束；4线性渐变滤光片(LVF)；5毛细管；6出光透镜；7光电探测器；8遮光条；9LVF的平移方向。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
本实施例中的光源，可选取LED或灯泡，其中灯泡包括钨灯、氘灯等宽光谱光源。光源的波长位于紫外、可见或红外波段。本实施例中的待测物，包括液体和气体样品。在特定波长处，待测物具有特征吸收峰，因此通过判断特征吸收峰的高度可以获知待测物的含量。
一种小型、高灵敏度的分光光度计，包含光源1、入光透镜2、出光透镜6、线性渐变滤光片4、毛细管5以及光电探测器7，六者同轴；光源1、入光透镜2、毛细管5、出光透镜6以及光电探测器7依次排布，线性渐变滤光片4位于入光透镜2和毛细管5之间或位于出光透镜6和光电探测器7之间；
所述的线性渐变滤光片4的表面设置有遮光条8，作为测试光谱的定位标志；线性渐变滤光片4位于光源1发出的探测光束的聚焦焦点处。
所述的遮光条8，其形状为圆形、椭圆形或多边形。
所述的遮光条8，其宽度介于0.01mm至5mm之间。
所述的毛细管5，其材质为石英、特富龙或金属。
如图1和图2所示，光源1发出的探测光束3，经过入光透镜2聚焦后耦合进入毛细管5，然后探测光束3在毛细管5内传输、并从毛细管5的另一端输出，最后输出光束3经出光透镜6聚焦后被光电探测器7接收。其中，LVF位于光源1(或光电探测器6)与毛细管5之间，并且LVF位于透镜2(或透镜6)的聚焦位置(即探测光束2的焦点处)。
如图3所示，遮光条7固定在LVF表面，优选粘贴固定。其中，可以在LVF表面固定多个遮光条(即在LVF表面的多个不同位置设置遮光条)。
下面将以具体的实施例对本发明的半导体薄膜气体传感器的制备方法进行详细地说明。
实施例1
如图1所示，采用波长范围150nm～400nm的紫外LED作为光源1，LVF的波长范围为130nm～380nm，LVF位于入光透镜2的聚光点。如图3，将宽度1mm的金属遮光条8贴在LVF表面，粘贴位置对应的LVF波长为200nm～205nm。
然后，在毛细管5内部填充着待测样品，并平移LVF(平移方向如图3的箭头9所示)，此时探测光束3在LVF表面移动。其中，探测光束3聚焦到LVF表面；随着LVF平移，探测光束的聚焦点从LVF的一端移动到另一端；记录每个LVF平移位置对应的透射光束强度(即光电探测器7的响应值)，可获知探测光束3通过待测样品后的透射谱。注：LVF平移距离～探测光束在LVF表面的聚焦位置～透射波长，这三者间存在一一对应关系。
由于遮光条8会在200nm～205nm处产生额外的吸收，因此测到的透射谱在200nm～205nm处会产生凹坑。遮光条是贴在LVF表面，遮光条在LVF表面的位置是固定不变，因此可以用来校准透射谱(即透射谱上凹坑位置对应的波长为200nm～205nm)。相比之下，机械平移装置存在的移动偏差，这种偏差靠机械装置本身是无法消除的，需要靠遮光条来校准(即定位标记)。
对于待测样品(例如水质)，根据透射谱可以获知水中的氨氮含量。
实施例2
如图2所示，采用宽光谱的钨灯作为光源1，LVF的波长范围为900nm～1700nm。如图3，将宽度2mm的金属遮光条8贴在LVF表面，粘贴位置对应的LVF波长为950nm～960nm。LVF位于毛细管与光电探测器之间。
对于柴油样品，根据透射谱可以获知柴油中的水含量。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：该分光光度计包含光源(1)、入光透镜(2)、线性渐变滤光片(4)、毛细管(5)、出光透镜(6)以及光电探测器(7)，六者同轴；光源(1)、入光透镜(2)、毛细管(5)、出光透镜(6)以及光电探测器(7)依次排布；线性渐变滤光片(4)位于入光处透镜(2)和毛细管(5)之间或位于出光处透镜(6)和光电探测器(7)之间。
2.根据权利要求1所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的线性渐变滤光片(4)的表面设置有遮光条(8)，作为测试光谱的定位标记。
3.根据权利要求1或2所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述线性渐变滤光片(4)位于光源(1)发出的探测光束的聚焦焦点处。
4.根据权利要求1或2所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的遮光条(8)，其形状为圆形、椭圆形或多边形。
5.根据权利要求3所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的遮光条(8)，其形状为圆形、椭圆形或多边形。
6.根据权利要求1、2或5所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的遮光条(8)，其宽度介于0.01mm至5mm之间。
7.根据权利要求3所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的遮光条(8)，其宽度介于0.01mm至5mm之间。
8.根据权利要求4所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的遮光条(8)，其宽度介于0.01mm至5mm之间。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的毛细管(5)，其材质为石英、特富龙或金属。
10.根据权利要求6所述的小型、高灵敏度的分光光度计，其特征在于：所述的毛细管(5)，其材质为石英、特富龙或金属。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210226 |
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