CN1366175A - Ccd光栅集成全波长光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的主要结构是,它包括将光源发出的光束衍射为不同波长平行单色光的平面光栅(1),其设计特点是,采用平面线阵结构CCD光电荷耦合器(2)作检测器,使平面光栅(1)的衍射光束成像在该CCD光电荷耦合器(2)上,所述CCD光电荷耦合器向电子计算机(3)输送相应的电荷量信号并由所述电子计算机(3)生成全波长光谱图像。本光谱仪具有高灵敏度、高空间辨率、宽波带响应和宽动态响应范围等特点。
Description
本发明涉及光谱检测仪器。
光谱仪是物理、化学、生物医学及环境科学等广泛使用的分析仪器。其目的是通过光谱信号对测试物品进行表征。常规使用的光栅光谱仪其基本原理为：一束光经光谱仪的入射狭缝射入光谱仪，经反射式凹面镜，由于入射狭缝位于凹面镜的焦面上，所以这束光经此凹面镜后，成为平行光，投向平面衍射光栅上，经光栅衍射作用后，分散成各种不同波长的的平行单色光，再经物镜后成像在光谱仪的聚焦谱板上。对于光谱的检测通常有摄谱法和光电法。摄谱法采用感光板记录光谱，经显影定影等过程，制得光谱底片，再用映谱仪或测微光度计进行光谱定性与定量分析。光电法通常采用光电倍增管来检测谱线的强度。光电倍增管是通常光谱仪中应用最多的检测元件，由于光电倍增管具有灵敏度，线性响应范围宽，响应时间短特点，但在检测过程中通常是对光谱范围进行波长扫描而获得，要获得一个完整的光谱图需一定时间。最近，也有采用CCD为检测器，其使用方式也与光电倍增管一样，通过移动光栅，进行波长扫描才能得到全光谱，要获得一个完整的光谱图需一定时间。
本发明的目的是，研制一种CCD光栅集成全波长光谱仪，它可在任意时间获得实时的完整光谱图，具有高灵敏度、高空间分辨率、宽波带响应及宽动态响应范围，也是测量弱光信号的理想检测器。
本发明的技术方案是，所述CCD光栅集成全波长光谱仪包括将光源发出的光束衍射为不同波长平行单色光的平面光栅和检测器以及接受检测器的信号并生成相应光谱图的电子计算机，其设计特点是，采用平面线阵结构CCD光电荷耦合器作检测器而使所述平面光栅衍射出的平行单色光成像在该CCD光电荷耦合器上，所述CCD光电荷耦合器向电子计算机输送相应的电荷量信号并由所述电子计算机生成全波长光谱图。
以下结合附图做出进一步说明。
附图说明：
图1是本发明的基本结构；
图2是本发明一种实施例实际结构；
图3是做为实施例的表面等离子体子共振传感器原理结构。
在所述附图中：
1-平面光栅 8-光源
2-CCD光电荷耦合器 9-反射式准光镜
3-电子计算机 10-物镜
4-反射镜 11-玻璃
5-反射镜 12-金膜
6-入射狭缝 13-介质
7-表面等离子体子共振传感器
由图1可知，本发明包括将光源发出的光束S衍射为不同波长的平行单色光的平面光栅(1)和检测器以及接受检测器的信号并生成相应光谱图的电子计算机，其技术特点是，采用平面线阵结构CCD光电荷耦合器(2)作检测器而使所述平面光栅(1)衍射出的平行单色光成像在该CCD光电荷耦合器上，所述CCD光电荷耦合器(2)向电子计算机(3)输送相应电荷量信号并由所述电子计算机(3)生成全波长光谱图。
本发明采用平面线阵结构的CCD作为检测器，它以光电效应为基础，以电荷量表示光量大小(已有技术的大多数光电元件以电流或电压做信号)，用耦合方式传输电荷量；而CCD的平面阵列决定了它具有多道同时分析的特点，它的所有像元同时曝光，其动态响应范围可达10个数量级，且过度曝光不会损坏CCD。CCD具备高灵敏度、高空间分辨率、宽波带响应及宽动态响应范围，是测量弱光信号的理想检测器。由上述工作原理可知，本发明可实现光谱信号的全波长实时获得，即可在任意时间获得一个完整的光谱图。
由以上可知，本发明为一种CCD光栅集成全波长光谱仪，可实时获得全波长光谱信号，具有高灵敏度、高空间分辨率、宽波带的响应和宽动态响应范围等特点。
实施例：图2为一个实施例的实际组成，其中，入射狭缝(6)为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源(8)发出的光束进入入射狭缝(6)，而狭缝(6)位于反射式准光镜(9)的焦面上，通过狭缝(6)射入的光束经准光镜(9)反射后成为平行光束投向平面光栅(1)上，衍射后的平行光束经物镜(10)成像在CCD(2)上，通过数据采集卡传送至计算机(3)中。为除去光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用中可根据需要在狭缝(6)的玻璃窗前安装合适的滤光片。本发明所述CCD是指平面线阵结构光电荷耦合器(件)。本发明可根据需要在图1所示的基本结构中增设其它辅助性光学器件(例如图2所示结构)。
本发明装置主要技术参数：
焦距 500mm
相对孔径 D/F＝1/17
杂散光 ≤0.001
分辨率 优于0.1nm
CCD的接收单元2048
镜(9)(10) 焦距为500mm
光栅(1)每毫米刻线1200条，闪耀波长250nm
CCD的详细技术规格
TCD1206SUP摄像头为2048像元线阵CCD，为使TCD1206SUP能正常工作，驱动器必须提供4路脉冲：SH(转移脉冲)、FR(复位脉冲)、F1(驱动脉冲)和F2(驱动脉冲)，这4路脉冲均可为5V脉冲。
AD12-2K-2型数据采集卡，采集卡硬件由A/D转换器、静态存储器、地址产生电路、数据总线接口电路及A/D启动、数据读写控制电路等构成。整个数据采集工作均在驱动器时钟统一支配下同步工作，为同步型数据采集卡，数据的读出是在软件的控制下一个字节一个字节写入计算机内存。本发明的本实施例所用的CCD器件及所连接计算机系统选用购自天津港东科技发展有限公司产出的市售产品，型号为WGD-8。
表面等离子体子共振(Surface PlasmonResonance，SPR)是一种物理光学现象，利用此现象所构成的传感器的基本结构如图3所示。
图3中的棱镜起光学波导器件的作用，它由非吸收性的光学材料构成，在棱镜底面镀一层厚度在50nm左右的高反射率的金属薄膜(一般为金或银)作为传感器的传感面。由光源发出的P-偏振光以一定的角度入射到棱镜中，在棱镜与金属的界面处将发生反射和折射。当入射角θ0大于θC的临界角时，光线将发生全内反射，即全部返回到棱镜中，从棱镜的另一侧面折射出去。
在全内反射的情况下，电场在金属与棱镜的界处并不立即消失，而是向金属介质传输振幅随入射深度呈指数衰减的消失波。该消失波可与金属薄膜中的自由电子作用，形成一种在金属表面振荡的电磁波，称之为表面等离子体子(Surface Plasmon，SP)，是一种横波。
理论分析表明，若在可能发生共振的角度范围内固定入射光角度为某一值，而采用不同波长的入射光，则可得到波长随反射率的SPR光谱，SPR光谱的改变将映体系的变化。
SPR的实验方法一般为首先在传感片表面固定一个反应物，使其形成分子敏感膜。然后，含待测物的样品以恒定的流速通过传感片，传感片上分子间相互使用的情况可由SPR信号的改变反映出来，并通过计算机将整个反应过程显示和记录下来。
图2所示装置的工作原理是：其光源(8)发出的光经过凸透镜和偏振片后，变成准平行偏振光，射入等腰直角三棱镜，经全内反射，平行射入狭缝(6)，(6)位于反射式准光镜(9)的焦平面上，通过(6)射入的光束，投向平面光栅(1)上，衍射后的平行光束，经物镜(10)成像在CCD上，相应信号再传送到计算机中。
传感器(7)使用方法：
1)将光谱仪调成水平，再调整光学支架，使光源经凸透镜和偏振片后水平入射到光谱仪的入射狭缝中。
2)放入等腰直角三棱镜及流通池，调节流通池的支撑平台，使光线经流通池后，照射到流通池的样品槽正上方，光线经全内反射，射出三棱镜后水平射入狭缝中。
3)在无入射光的条件下测定暗电流并将其扣除，在流通池中无样品情况下使光源的发射光谱归一化(将此时信号定为一，随后的测量都相对这一数值)。采用注射器直接注射样品。
4)在400-800nm波长范围内，用计算机检索合适的波长范围，记录注射不同样品溶液时，反射光强度随波长变化的SPR光谱。
5)用计算机处理数据，找出不同样品的SPR光谱所对应的共振峰波长。
传感器(7)特点：
目前商品化的SPR分析仪器多采用He-Ne激光为光源，固定光源入射波长，通过旋转光源来改变入射光角度，进行扫描；或通过点光源发散作用，测定角度变化。观测SPR共振角度随体系和时间的变化，所需仪器价格昂贵。与商品化的SPR分析仪器相比，本发明研制的SPR传感器具有以下特点：我们自行组装了全波长SPR传感装置，采用固定光源入射光角度，以波长为变量的工作模式，以CCD作检测器，实验中各部件不需转动，装置简单廉价，实现了反应过程中共振波长位移的原位实时监测，理论上的灵敏度高于以角度为变量的工作模式，性价比高。
1)采用固定光源入射光角度，以波长为变量的工作模式，理论上的灵敏度高于以角度为变量的工作模式。
2)采用溴钨灯作光源，光源在200～800nm范围内是连续波长的光源，在该范围内有共振响应的物质都可以研究，扩大了研究范围。
3)实验过程中，整个装置固定不动，稳定性好，测量准确。
4)实验过程中，不需要旋转台，不需要精密的角度测量部件，使成本有较大降低，且操作更加简便。
5)波长灵敏度为：0.1nm
我们利用此装置用于乙肝表面抗原(HBsAg)的研究，研制成功了SPR乙肝表面抗原免疫传感器。以胱胺在金膜表面形成的自组装膜为基底，以戊二醛为偶联剂，固定乙肝表面抗原单克隆抗体，样品血清中的HBsAg可与之特异性结合，引起SPR共振信号的变化。作为对照以蛋白质A为基底固定乙肝表面抗原单克隆抗体，进行同样测定。结果表明，该SPR传感器的检测限为0.01ng/ml，比临床检测常用的酶联免疫法(ELISA)1ng/ml的检测限更低，且特异性好，对阴性血清无反应，可望用于乙型肝炎的早期临床诊断。
Claims (1)
1、一种CCD光栅集成全波长光谱仪，包括将光源发出的光束衍射为不同波长平行单色光的平面光栅(1)和检测器以及接受检测器的信号并生成相应光谱图的电子计算机，其特征是，采用平面线阵结构CCD光电荷耦合器(2)作检测器而使所述平面光栅(1)衍射的平行单色光成像在该CCD光电荷耦合器(2)上，所述CCD光电荷耦合器(2)向电子计算机(3)输送相应的电荷量信号并由所述电子计算机(3)生成全波长光谱图。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 01114410 CN1366175A (zh) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | Ccd光栅集成全波长光谱仪 |
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|---|---|---|---|
| CN 01114410 CN1366175A (zh) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | Ccd光栅集成全波长光谱仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1366175A true CN1366175A (zh) | 2002-08-28 |
Family
ID=4661056
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 01114410 Pending CN1366175A (zh) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | Ccd光栅集成全波长光谱仪 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN1366175A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100451611C (zh) * | 2005-10-21 | 2009-01-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 快速测量光谱的分光光度计 |
| CN100468045C (zh) * | 2004-07-09 | 2009-03-11 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光栅光谱仪 |
| CN102288385A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种二维成像器件光电响应特性标定方法 |
| CN103018173A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 结构光照明层析显微成像系统 |
| CN104568826A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-04-29 | 天津大学 | 一种基于线性渐变滤光片的微型固化近红外光谱仪 |
-
2001
- 2001-04-13 CN CN 01114410 patent/CN1366175A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100468045C (zh) * | 2004-07-09 | 2009-03-11 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光栅光谱仪 |
| CN100451611C (zh) * | 2005-10-21 | 2009-01-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 快速测量光谱的分光光度计 |
| CN102288385A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种二维成像器件光电响应特性标定方法 |
| CN103018173A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 结构光照明层析显微成像系统 |
| CN103018173B (zh) * | 2012-12-19 | 2014-12-03 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 结构光照明层析显微成像系统 |
| CN104568826A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-04-29 | 天津大学 | 一种基于线性渐变滤光片的微型固化近红外光谱仪 |
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