CN212275587U - 一种空间漫反射荧光光谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特点是包括安装板、电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源和上位机控制器；电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源与上位机控制器连接；光谱采集模块包括光谱仪和设置在安装板下方的聚光镜头，光谱仪与聚光镜头通过光纤连接；CMOS图像采集模块包括滤光片轮、设置在聚光镜头一侧的CMOS摄像头和步进电机a，滤光片轮设置在CMOS摄像头下方，滤光片轮通过联轴器与步进电机a连接；发射光源包括设置在安装板下方的LED光板。本实用新型的优点是结构简单、稳定性好、安全可靠；便于操作，检测效率高，并且可检测多种项目，使用效率高。

Description

一种空间漫反射荧光光谱分析仪

技术领域

本实用新型属于光谱分析技术领域，尤其涉及一种空间漫反射荧光光谱分析仪。

背景技术

荧光是一种光致发光现象,是物质吸收光子后所发射的光辐射。激发波长是指用来激励荧光物质,使其产生荧光的入射光波长。能产生荧光的激发波长称为有效激发波长,它是一个波段范围。其中,对应产生荧光相对强度最大的激发波长称为最佳激发波长。荧光峰值波长是对应荧光相对强度最大值的荧光波长,即荧光峰顶点对应的波长。荧光峰值波长决定于物质分子结构,实际测量中也与所用仪器有关。荧光光谱技术是利用荧光强度和峰值波长进行定量、定性检测和分析的技术方法。现有技术中，荧光检测方法主要是采用利用氙灯光源的分子荧光光谱仪，检测精度及灵敏度高。缺点是，需要样品需要复杂的前处理操作，设备使用难度大、价格高，仅仅适用于实验室科研人员使用，基层实验室无法使用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种空间漫反射荧光光谱分析仪，结构简单，免于样品前处理，操作简便，可以同时检测多种项目，自动化程度高，适于多种实验室环境使用。

为了实现上述目的，达到上述技术要求，本实用新型采用如下技术方案：

一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特点是包括安装板、电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源和上位机控制器；所述电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源与上位机控制器连接；所述光谱采集模块包括光谱仪和设置在安装板下方的聚光镜头，所述光谱仪与聚光镜头通过光纤连接；所述CMOS图像采集模块包括滤光片轮、设置在聚光镜头一侧的CMOS摄像头和设置在光谱仪一侧的步进电机a，所述滤光片轮设置在CMOS摄像头下方，所述滤光片轮上设置若干种类的滤镜，滤光片轮通过联轴器与步进电机a连接；所述发射光源包括设置在安装板下方的LED光板。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述电源管理板与光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源连接，为光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源提供电能；所述电源管理板设置电源开关和电源外接口。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述LED光板上设置成圆环阵列分布的若干个LED灯珠；所述LED灯珠包括紫外灯珠和深紫外灯珠，波长设置为265-280nm、305-315nm、365-375nm、395-405nm。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述空间漫反射荧光光谱分析仪还包括样品转台，所述样品转台包括样品转盘和步进电机b，所述样品转台设置在发射光源下部，所述步进电机b的输出端连接样品转盘；所述样品转盘由黑色无荧光ABS材料制作；步进电机b与电源管理板、上位机控制器连接，控制样品转盘的旋转速度和角度。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述空间漫反射荧光光谱分析仪还包括底板以及与底板连接的箱体；所述箱体上设置样品放置口，所述样品放置口设置样品仓门；所述安装板设置在箱体内部上方；所述样品转台设置在发射光源下部的底板上；电源管理板设置在机箱内部；所述电源开关、电源外接口设置在箱体上；所述箱体上设置连接电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源、样品转台的USB接口。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述上位机控制器为PC客户端；所述PC客户端内置控制与分析的软件；所述PC客户端与电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源通过USB进行数据连接。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述光谱仪的检测范围为200～1100nm。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：聚光镜头通过光纤与光谱仪相连接；样品发出的荧光通过聚光镜头聚光后，通过光纤传送至光谱仪中，光谱仪的检测范围为200～1100nm，可以探测到样品发出各个波长的荧光，得到光谱数据后进行分析，得到样品的荧光波长及强度数据；CMOS摄像头左侧有一套滤光片轮，通过步进电机a的旋转，可以切换不同种类的滤镜遮蔽至CMOS摄像头上，滤镜可以减少杂光射入至CMOS摄像头，降低摄像头拍摄图片的背景干扰；设置在LED光板上的LED灯珠成圆形阵列分布，且LED灯珠的波长不同，波长范围覆盖了绝大多数荧光物质最佳激发波长，可以根据样本及项目种类，自动切换LED光源的波长，满足多种项目同时检测的需求；样品转盘下方设置步进电机b,可以使放置在样品转盘上的样品进行旋转，各个角度均可被发射光源照射覆盖，形成空间漫反射，保证了检测无死角，无漏检；本实用新型结构简单、稳定性好、安全可靠；便于操作，检测效率高，并且可检测黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、碱性嫩黄O、碱性橙Ⅱ、酸性橙Ⅱ、苏丹红、玫瑰红B、苯并芘、荧光增白剂等多种项目，使用效率高。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型轴测图。

图2是本实用新型安装板的轴侧图。

图3是本实用新型安装板上部结构示意图。

图4是本实用新型样品转台结构示意图。

图中：1-箱体 2-USB接口 3-电源开关 4-电源口 5-样品仓门 6-样品转盘7-光谱仪 8-安装板 9-滤光片轮 10-步进电机a 11-CMOS摄像头 12-聚光镜头 13-LED光板 14-LED灯珠 15-联轴器 16-电源管理板 17-底板18-光纤 19-步进电机bA-光谱采集模块 B-CMOS图像采集模块 C-发射光源。

具体实施方式

下面将结合附图对实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。

如图1至图4所示，一种空间漫反射荧光光谱分析仪，包括底板17和与底板17连接的箱体1，箱体1的一侧设置USB接口2、电源开关3、电源口4；另一侧设置样品仓门5；箱体1内部设置电源管理板16、安装板8、光谱采集模块A、CMOS图像采集模块B、发射光源C、样品转台；安装板8设置在箱体1内部上方，光谱采集模块A包括设置在安装板8上方的光谱仪7及设置在安装板8下方的聚光镜头12；聚光镜头12通过光纤18与光谱仪7相连接；CMOS图像采集模块B包括设置在聚光镜头12左侧的CMOS摄像头11，设置在光谱仪7左侧的步进电机a10，步进电机a10与联轴器15相配合连接，联轴器15的下端设置滤光片轮9，所述滤光片轮上设置若干种类的滤镜；发射光源C包括设置在安装板8下方的LED光板13，LED光板13上设置LED灯珠14。

样品转台上设置样品转盘6，样品转盘6下方与步进电机b19输出端连接，步进电机b19固定在底板17上，与电源管理板16、PC端相连接，控制样品转台的旋转速度和角度；LED光板13设置为圆环状，LED灯珠14成圆环阵列分布在LED光板13上；LED灯珠14包括紫外灯珠和深紫外灯珠，波长设置为265-280nm、305-315nm、365-375nm、395-405nm；USB接口2外部与PC终端相连接，PC客户端内置控制与分析的软件，关于控制与分析的软件通过实施例的方式简述其控制逻辑；USB接口2内部分别与光谱仪7、CMOS摄像头11、电源管理板16步进电机a10、步进电机b19连接；电源管理板16与LED灯珠14相连接，控制LED灯珠14的开关；与步进电机a10相连接，控制滤光片轮9的转动；与CMOS摄像头11相连接，给CMOS摄像头11供电；与光谱仪7相连接，给光谱仪7的供电。

具体实施时，聚光镜头12与光谱仪7同行光纤18连接，在最佳激发波长LED照射下的样品发出所有的荧光，通过聚光镜头12聚光后，通过光纤18传送至光谱仪中，光谱仪18的检测范围为200～1100nm，可以探测到样品发出各个波长的荧光，得到光谱数据后进行分析，得到样品的荧光波长及强度数据，与PC端对每种样品的荧光强度和峰值波长图谱进行定量定性分析。

CMOS摄像头11左侧安装有一套滤光片轮9，通过步进电机a10的旋转，可以切换不同种类的滤镜遮蔽至CMOS摄像头11上，滤镜可以减少杂光射入至CMOS摄像头11，提高摄像头拍摄图片的背景干扰；滤光片轮9与步进电机a10间使用联轴器15连接。

发射光源由阵列式LED光源板，圆环阵列式设计，内置多种波长的紫外、深紫外LED光源(265nm-280nm、305nm-315nm、365nm-375nm、395nm-405nm)，波长范围覆盖了绝大多数荧光物质最佳激发波长，可以根据样本及项目种类，自动切换LED光源的波长，满足多种项目同时检测的需求。

样品转台，安装一套样品转盘6，样品转盘6由黑色无荧光ABS材料制作，用于放置固体样品、样品粉末、装有半固体样品的石英容器。样品转盘6安装在可以360°旋转、步进电机b19驱动的样品转台上，样品转台b旋转的角度及速度由主机及电源控制系统进行驱动，在程序控制下，可以使放置在样品转盘的样品进行旋转，各个角度均可被发射光源照射覆盖，保证了检测无死角，无漏检。

实用案例：

实施例1.谷物及谷物粗加工制品中黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、荧光增白剂的检测。

1、将谷物及谷物粗加工制品进行粉碎干燥，平铺于样品转盘中；

2、使用PC端通过USB连接荧光分析仪；

3、打开荧光分析仪PC端软件，开启光谱仪及CMOS摄像头；

4、开启265nm-280nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，观察谷物及谷物粗加工制品中有无特定波长的荧光激发，判断样品中是否存在黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、荧光增白剂等物质；

5、检测谷物及谷物粗加工制品中存在疑似黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、荧光增白剂存在时，开启CMOS摄像头，通过步进电机驱动滤光片轮转动，将滤光片移动至CMOS摄像头前，过滤掉LED光源发出的265nm-280nm发射杂光，只允许谷物及谷物粗加工制品中存在疑似黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、荧光增白剂发出的荧光进入摄像头；

6、旋转样品台，采集多张样品荧光图谱图片进行图形保存；

7、通过图片颜色分析及光谱仪漫反射荧光光谱波长分析，共同判断样品中存在的黄曲霉毒素B、黄曲霉毒素G、荧光增白剂的种类、分布及含量。

实施例2.辣椒粉中苏丹红、罗丹明B的检测。

1、将辣椒粉干燥，平铺于样品转盘中；

2、使用PC端通过USB连接荧光分析仪；

3、打开荧光分析仪PC端软件，开启光谱仪及CMOS摄像头；

4、开启365nm-375nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，观察辣椒粉中有无特定波长的荧光激发，判断样品中是否存在苏丹红、罗丹明B等物质；

5、检测辣椒粉中存在疑似苏丹红、罗丹明B存在时，开启CMOS摄像头，通过步进电机a驱动滤光片轮转动，将滤光片移动至CMOS摄像头前，过滤掉LED光源发出的365nm-375nm发射杂光，只允许辣椒粉中存在疑似苏丹红、罗丹明B发出的荧光进入摄像头；

6、旋转样品台，采集多张样品荧光图谱图片进行图形保存；

7、通过图片颜色分析及光谱仪漫反射荧光光谱波长分析，共同判断样品中存在的苏丹红、罗丹明B的种类、分布及含量。

实施例3.化妆品中荧光增白剂的检测。

1、将膏状化妆品平铺于样品转盘中；

2、使用PC端通过USB连接荧光分析仪；

3、打开荧光分析仪PC端软件，开启光谱仪及CMOS摄像头；

4、开启265nm-280nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，观察化妆品中有无特定波长的荧光激发，判断样品中是否存在荧光增白剂等物质；

5、检测化妆品中存在疑似荧光增白剂存在时，开启CMOS摄像头，通过步进电机a驱动滤光片轮转动，将滤光片移动至CMOS摄像头前，过滤掉LED光源发出的265nm-280nm发射杂光，只允许化妆品中存在疑似荧光增白剂发出的荧光进入摄像头；

6、旋转样品台，采集多张样品荧光图谱图片进行图形保存；

7、通过图片颜色分析及光谱仪漫反射荧光光谱波长分析，共同判断样品中存在的荧光增白剂的种类、分布及含量。

实施例4.地沟油鉴别及成分分析。

1、将地沟油样品放置于样品转盘中；

2、使用PC端通过USB连接荧光分析仪；

3、打开荧光分析仪PC端软件，开启光谱仪及CMOS摄像头；

4、开启265nm-280nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，记录265nm-280nm激发的样品光谱数据；

5、开启305nm-315nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，记录305nm-315nm激发的样品光谱数据；

6、开启365nm-375nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，记录365nm-375nm激发的样品光谱数据；

7、开启395nm-405nm LED光源，通过光谱仪采集到的漫反射荧光光谱进行波长分析，记录395nm-405nm激发的样品光谱数据；

8、分析4组不同光源照射下的样品的漫反射荧光光谱数据，判断样品是否为地沟油。

实施例5.核酸电泳结果的保存。

1、将核酸电泳凝胶，平铺于样品转盘中；

2、使用PC端通过USB连接荧光分析仪；

3、打开荧光分析仪PC端软件，开启CMOS摄像头；

4、开启365nm-375nm LED光源，通过步进电机a驱动滤光片轮转动，将滤光片移动至CMOS摄像头前，过滤掉LED光源发出的365nm-375nm发射杂光，只采集核酸电泳凝胶中核酸条带中染料荧光；

5、保存图片，用于后期核酸电泳结果分析。

由此得出，本实用新型结构简单，稳定性好，安全可靠；便于操作，检测效率高，并且可检测多种项目，提高了该荧光光谱分析仪的使用效率，扩大了使用范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：包括安装板、电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源和上位机控制器；所述电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源与上位机控制器连接；所述光谱采集模块包括光谱仪和设置在安装板下方的聚光镜头，所述光谱仪与聚光镜头通过光纤连接；所述CMOS图像采集模块包括滤光片轮、设置在聚光镜头一侧的CMOS摄像头和步进电机a，所述滤光片轮设置在CMOS摄像头下方，所述滤光片轮上设置若干种类的滤镜，滤光片轮通过联轴器与步进电机a连接；所述发射光源包括设置在安装板下方的LED光板。

2.根据权利要求1所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述电源管理板与光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源连接；所述电源管理板设置电源开关和电源外接口。

3.根据权利要求1所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述LED光板上设置成圆环阵列分布的若干个LED灯珠；所述LED灯珠包括紫外灯珠和深紫外灯珠，波长设置为265-280nm、305-315nm、365-375nm、395-405nm。

4.根据权利要求2所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述空间漫反射荧光光谱分析仪还包括样品转台，所述样品转台包括样品转盘和步进电机b，所述样品转台设置在发射光源下部，所述步进电机b的输出端连接样品转盘；步进电机b与电源管理板、上位机控制器连接。

5.根据权利要求4所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述空间漫反射荧光光谱分析仪还包括底板以及与底板连接的箱体；所述箱体上设置样品放置口，所述样品放置口设置样品仓门；所述安装板设置在箱体内部上方；所述样品转台设置在发射光源下部的底板上；所述电源开关、电源外接口设置在箱体上；所述箱体上设置连接电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源、样品转台的USB接口。

6.根据权利要求1至5任一项所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述上位机控制器为PC客户端；所述PC客户端内置控制与分析的软件；所述PC客户端与电源管理板、光谱采集模块、CMOS图像采集模块、发射光源通过USB进行数据连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述一种空间漫反射荧光光谱分析仪，其特征在于：所述光谱仪的检测范围为200～1100nm。

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