CN217033632U - 一种三维荧光摄谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三维荧光摄谱仪包括：一光谱仪，一待测溶液样品，一整形准直聚焦光路模组和一光测试设备；光谱仪的光谱面将不同激发波长的光输出至待测溶液样品。本申请通过重新设计多波长激发光路，激发光路的光谱准直，整形光路结构设计，不仅实现了在探测器靶面上一次积分获取三维荧光的整个波段的光谱，还提升了三维荧光光谱仪的便携性，实现在一个测试周期内获得三维荧光光谱数据，提高测试效率，实现快速测试的要求。

Description

一种三维荧光摄谱仪

技术领域

本申请属于光学仪器设备技术领域，具体地讲，涉及一种三维荧光摄谱仪。

背景技术

三维荧光测试基于荧光测试原理，将荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为纵横坐标的平面上获得的谱图，图像直观。

三维荧光光谱具有与物质组成成分一一对应的光谱特性。溶液中含有大量荧光物质,如油脂、蛋白质、表面活性剂、腐殖酸、维生素、酚类等芳香族化合物、乙醇水溶、农药残留、药品残余及其代谢产物等等。它的荧光光谱因污染物种类和含量不同而各异，具有与水样(溶液)相对应的特点，类似人类指纹具有唯一性一样，所以被称为水的“荧光指纹”。

根据此特性三维荧光光谱可广泛应用于水质检测(污水，废水等)、石油检测、食品检测等领域。

现有三维荧光光谱仪使用复色光源通过分光设备得到单一波长的激发光用以激发样品；样品发光后使用摄谱仪获取这一激发波长下的荧光光谱；随着分光设备输出不同波长的激发光，从而得到不同激发光下的发射光谱。

以上方案中，前端的分光设备工作在扫描模式下，也就是在一个测试周期内只能对一个特定激发波长所激发出的荧光光谱进行测试。假设激发扫描范围从400nm-800nm，步长为2nm，共计201个点，每次获取光谱积分时间为1秒，理论上最快要经过201秒后才能得到完整的三维荧光数据。相对测试时间较长，无法实现快速测试。

实用新型内容

本申请提供了一种三维荧光摄谱仪，主要解决的问题是将每次获取荧光光谱使用的单一波长的激发光变为一条连续变化的激发光谱，以至少解决当前的三维荧光摄谱仪前端的分光设备在扫描模式下相对测试时间较长，无法实现快速测试的问题。

本申请提供了一种三维荧光摄谱仪，包括：

一光谱仪，一整形准直聚焦光路模组，一待测溶液样品和一光测试设备；

光谱仪在其焦平面输出激发待测溶液样品所需的光谱带。

在一实施例中，光谱仪中包含色散元件和准直聚焦元件。

在一实施例中，整形准直聚焦光路模组的一面为弧面，弧面朝向待测溶液样品。

在一实施例中，在与待测溶液样品发射出的激发光成90度的方向上设置光测试设备，用于收集样品发射的荧光得到样品荧光光谱。

在一实施例中，在与待测溶液样品发射出的激发光成180度的方向上设置光测试设备，用于收集被样品吸收的激发光从而得到样品穿透光谱。

在一实施例中，光测试设备为高光谱相机。

在一实施例中，光测试设备为大靶面多通道摄谱仪。

在一实施例中，多波长激发光路经过整形准直聚焦光路模组形成一条不同波长的激发光谱带。

在一实施例中，整形准直聚焦光路模组的一面为弧面，弧面朝向待测溶液样品，将激发光导入待测溶液样品。

本申请通过重新设计多波长激发光路，激发光路的准直、整形光路结构设计，不仅实现了在探测器靶面上一次积分获取三维荧光的整个波段的光谱，还提升了三维荧光光谱仪的便携性，实现在一个测试周期内获得三维荧光光谱数据，提高测试效率，实现快速测试的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为单色仪分光图和摄谱仪分光图的区别对比图。

图2为本申请提供的一种新型三维荧光摄谱仪的结构示意图。

图3为本申请提供的一种新型三维荧光摄谱仪结构的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本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，都属于本实用新型保护的范围。

荧光分光光度法是近二十多年发展起来的新型化学分析技术。荧光法测量简便，其灵敏度比紫外-可见光吸收光度法高2～3个数量级，目前已广泛用于各种化学物质的定性和定量分析。三维荧光光谱(EEM)是将荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为纵横坐标的平面上获得的谱图，图像直观，所含信息丰富。

三维荧光测试基于荧光测试原理，将荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为纵横坐标的平面上获得的谱图，图像直观。

三维荧光光谱具有与物质组成成分一一对应的光谱特性。溶液中含有大量荧光物质,如油脂、蛋白质、表面活性剂、腐殖酸、维生素、酚类等芳香族化合物、乙醇水溶、农药残留、药品残余及其代谢产物等等。它的荧光光谱因污染物种类和含量不同而各异，具有与水样(溶液)相对应的特点，类似人类指纹具有唯一性一样，所以被称为水的“荧光指纹”。

根据此特性三维荧光光谱可广泛应用于水质检测(污水，废水等)、石油检测、食品检测等领域。

本申请提供了一种新型三维荧光摄谱仪，将每次获取荧光光谱使用的单一波长的激发光变为一条连续变化的光谱，如图1所示，为单色仪分光图和摄谱仪分光图的区别。

如图2所示，本申请提供的三维荧光摄谱仪包括：

一光谱仪，一待测溶液样品，一整形准直聚焦光路模组和一光测试设备；

光谱仪在其焦平面输出激发待测溶液样品所需的光谱带。

在一实施例中，光谱仪中包含光谱仪中包含色散元件和准直聚焦元件。

在一实施例中，整形准直聚焦光路模组的一面为弧面，弧面朝向待测溶液样品。

在一实施例中，如图3所示，在与待测溶液样品发射出的激发光成90度的方向上设置光测试设备，用于收集样品发射的荧光得到样品荧光光谱。

在一实施例中，如图3所示，在与待测溶液样品发射出的激发光成180度的方向上设置光测试设备，用于收集被样品吸收的激发光从而得到样品穿透光谱。

在一实施例中，光测试设备为高光谱相机。具体地，高光谱相机是一种将狭缝上的像经过色散得到狭缝像控件各点光谱的设备，优势在于可以不经过扫描即得到被测空间点固定波段的光谱，可选择不同的设备覆盖380nm-1100nm的测试波段。

在一实施例中，光测试设备为大靶面多通道摄谱仪。具体地，大靶面多通道摄谱仪为紫外-近红外多通道摄谱仪，其以高质量影像校正光谱仪作为分光器件，配合大靶面光电耦合器件，一次获得谱仪狭缝空间各点的光谱信息，可以覆盖230nm-1100nm的紫外-近红外波段。优势在于可以通过选择不同的光栅分光，控制中心波长位置，得到所需波段的三维荧光光谱信息。

在一实施例中，光谱仪在其焦平面上输出多波长激发光，多波长激发光包括紫外-可见波段或是可见-近红外波段的激发光谱带。其中，多波长激发光为复色光通过光谱仪分光后，在输出端得到有规律的单色光分布，再通过柱面镜聚焦，形成一条锐利的、波长分布有规律的激发带用于激发待测样品。

在一实施例中，多波长激发光路经过整形准直聚焦光路模组形成一条不同波长的激发光谱带。

在一具体实施例中，如图2所示，多波长激发光谱使用光谱仪的光谱面输出，同时得到激发光被光谱仪分光后的不同激发波长的光。根据不同的使用需求，多波长激发光路可以输出紫外-可见波段(波长250nm-1100nm)，或者可见-近红外波段(波长400nm-1100nm)的激发光谱带。激发光谱带经过后端准直-聚焦光路(整形准直聚焦光路模组)，形成一条不同波长的激发光谱带并将其导入待测溶液样品，用以激发放置在容器内的待测溶液样品，待测溶液样品前使用柱面镜等光学器件将激发光导入被测样品。其中整形准直聚焦光路模组为半圆柱状的透镜结构。

在与待测溶液样品的激发光成90度的方向上收集样品发射出的荧光，聚焦至样品测试端，也就是后端的光测试设备中可以得到待测溶液样品的荧光光谱。

在与待测溶液样品的激发光成180度的方向上可以收集溶液样品激发光的穿透光，并将穿透光聚焦至光测试设备中可以得到如图2所示的样品穿透光谱。

在样品测试端可以使用高精度紫外-近红外，大靶面多通道摄谱仪作为实验室通用测试设备，提供紫外-近红外可选择发射波长范围的三维荧光光谱测试；

同时，针对水质监测等特定行业应用，可以搭配使用高光谱仪，获取可见-近红外固定发射波长的三维荧光光谱。由于多波长激发光路使用的光源，谱仪，高光谱仪有体积小，重量轻，功耗低的特点，可以满足室外现场环境测试的需求，成为一台便携、实时、快速的三维荧光测试系统。

除此之外，本申请还可以用棱镜分光的方式类似的完成多波长激发光路的设计，也即，用棱镜代替光谱仪的分光作用。

本申请通过重新设计多波长激发光路，不仅实现了在探测器靶面上一次积分获取三维荧光的整个波段的光谱，还提升了三维荧光光谱仪的便携性，实现在一个测试周期内获得三维荧光光谱数据，提高测试效率，实现快速测试的要求。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。虽然本说明书实施例提供了如实施例所述的技术内容，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的技术内容。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种三维荧光摄谱仪，其特征在于，包括：

一光谱仪，一整形准直聚焦光路模组，一待测溶液样品和一光测试设备；

所述光谱仪在其焦平面输出激发待测溶液样品所需的光谱带。

2.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述光谱仪中包含色散元件和准直聚焦元件。

3.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述整形准直聚焦光路模组的一面为弧面，所述弧面朝向所述待测溶液样品。

4.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，在与所述待测溶液样品发射出的激发光成90度的方向上设置所述光测试设备，用于收集样品发射的荧光得到样品荧光光谱。

5.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，在与所述待测溶液样品发射出的激发光成180度的方向上设置所述光测试设备，用于收集被样品吸收的激发光从而得到样品穿透光谱。

6.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述光测试设备为高光谱相机。

7.根据权利要求1所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述光测试设备为大靶面多通道摄谱仪。

8.根据权利要求2所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述光谱仪在其焦平面输出多波长激发光，所述多波长激发光包括紫外-可见波段或是可见-近红外波段的激发光谱带。

9.根据权利要求8所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，多波长激发光路经过所述整形准直聚焦光路模组形成一条不同波长的激发光谱带。

10.根据权利要求2所述的三维荧光摄谱仪，其特征在于，所述整形准直聚焦光路模组的一面为弧面，所述弧面朝向所述待测溶液样品，将激发光导入所述待测溶液样品。

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