专利名称：荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪，属于光学分析技术领域。
背景技术：
荧光是指某些化合物在受一定波长的光激发后，在极短时间内发射出波长大于激发光波长的光。利用这一现象，可以对这一类化合物实现高灵敏度的检测，荧光检测技术在医疗，农药残留和环境研究中有越来越多的应用。荧光检测是一种非接触的间接光谱技术，灵敏度高，特异性好。近年来，一些研究者也开发了基于荧光检测技术的农药检测仪器，例如，Richard等用光纤荧光免疫检测法测定了二氯苯氧基乙酸在水中的残留，检测灵敏度达
0.68Χ10_4μ g/L ；Renee等研制了野外便携式三维荧光光谱仪，获得了多环芳烃PAHs的三维荧光谱图，测量波长范围为220nm 950nm，最低检测限达到了 1.6Χ10_4μ g/L ；Pepper等利用激光诱导和锥形透光技术研制了一种多通道光纤荧光检测系统，并将其用于现场测定土壤表面污染物，他设计了专用的光纤探头即可以表面测量，也可以进行土壤内部测量，并利用光栅分光和CCD光谱成像，能一次获取二维或三维荧光光谱，光谱范围为300-450nm光谱范围。激光诱导荧光技术由于采用了激光这一强光源作为激发光，将会为检测提供更高的灵敏度。荧光发射是一种常见的辐射去活过程，通常是指电子受光激发以后从高能态至低能态跃迁，同时放出光子的过程，这一过程的时间通常在10, 10_7S。利用光学仪器检测突光发射强度随时间的变化，即可得到体系的突光寿命信息。突光体的寿命依赖于突光体的性质。当体系中含有多种荧光物质时，由于各物质的荧光发射光谱可能会出现重叠和干扰的情况，单独依靠通常的荧光发射光谱手段可能无法得到体系准确的信息。利用荧光时间分辨技术，可以通过荧光寿命的差异，解析出体系中荧光物质的组成情况，从而提供有价值的信息。即便是同种荧光团，由于其所处微环境不同，其荧光寿命也可能有很大差别。因此，利用荧光时间分辨技术，可以辨别处于不同微环境的同种荧光团。近年来科学家已经将荧光时间分辨光谱技术应用于混合体系荧光寿命的测量与解析和蛋白质的结构解析。Gray等利用丹磺酰氯标记细胞色素C，并利用其与亚铁血红素的FRET，测量其荧光寿命的变化，从而给出了蛋白质的几种典型构型，并提出了蛋白质折叠过程中的结构变化过程。目前国内外还没有报道基于光纤技术的突光光谱和时间分辨突光技术相结合的分析仪器。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪，该光谱仪采用灵活的光纤探头以实现对样品进行原位、平面、立体扫描，并采取荧光频域光谱和时间分辨荧光谱技术相结合这一技术路线以减少背景本底的荧光干扰，实现对样品的特异性检测及在线连续检测。[0006]本实用新型所提供的一种荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪，包括光路部分、电路部分和工控机；所述光路部分包括依次连接的光源控制器、光源、样品盘、单色器和光检测器；所述电路部分包括光源控制电路、光谱数据采集分析系统和时间分辨电路，所述光源控制电路、所述光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路均与所述工控机相连接；所述光源控制器与所述光源控制电路相连接；所述光检测器分别与光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路相连接。上述的光纤光谱仪中，所述光源与所述样品盘之间可通过光纤相连接。上述的光纤光谱仪中，所述单色器与光谱扫描控制电路相连接，所述光谱扫描控制电路与所述工控机相连接。上述的光纤光谱仪中，所述光检测器具体可为光电倍增管；所述单色器与步进电机相连接，通过所述步进电机控制的所述单色器中光栅的转动，设定所需要的波长，设置进行荧光衰减曲线，来计算荧光的寿命。上述的光纤光谱仪中，所述光检测器具体可为二极管阵列检测器。上述的光纤光谱仪中，所述光源控制电路、所述光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路均通过通讯控制器与所述工控机相连接。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:I)本实用新型能够实现荧光在频域和时域上的分析，相互补充，大大提高荧光分析技术在定性和定量上的准确性，并建立已知天然荧光物质荧光光谱和时间分辨荧光谱库互补的甄别数据库；2)本实用新型将光纤技术与时间分辨荧光技术结合，并将其应用于形态分析，实现了现场应用和实时监测；3)本实用新型采用光纤扫描，克服了因样品移动不便所带来的问题。本实用新型具有体积小，携带方便，应用现场灵活，成本低的优势，可以方便地对样品进行实时检测和监控。
图1为本实用新型的荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪的结构示意图。图2为本实用新型中光检测器为光电倍增管的光路图。图3为本实用新型中光检测器为二极管整列检测器的光路图。I脉冲光源控制器、2光源、3样品盘、4单色器、5光检测器、6光源控制电路、7光谱扫描控制电路、8光谱数据采集分析系统、9时间分辨电路、10通讯控制器、11工控机、12光纤、13狭缝、14光栅、15步进电机、16反光镜、17光电倍增管、18、二极管阵列检测器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。[0026]如图1所示，本实用新型包括光路部分、电路部分和工控机11 ;其中，光路部分包括依次连接的脉冲电源控制器1、光源2、样品盘3、单色器4和光检测器5，电路部分包括均与工控机11相连接的光源控制电路6、光谱扫描控制电路7、光谱数据采集分析系统8和时间分辨电路9，且光源控制电路6、光谱扫描控制电路7、光谱数据采集分析系统8和时间分辨电路9均通过通讯控制器10与工控机11相连接。脉冲电源控制器I与光源控制电路6相连接，该光源控制电路6控制脉冲电源控制器输出脉冲和连续的光信号至光源2中；光源2与样品盘3通过光纤相连接；当激发光通过光纤照射到样品盘3中的样品上以后，通过单色器4中的光栅或棱镜，再进入光检测器5中，其中，单色器4与光谱扫描控制电路7相连接。光检测器5分别与光谱数据采集分析系统8和时间分辨电路9相连接。本实用新型中光检测器选择为光电倍增管时，光路传输如图2所示。可以调制的光源I的激发光共通过光纤12，照射到样品后，激发的荧光通过光纤的另一个端口到达狭缝13后照射到单色器的光栅14上，经激发光和发射光分离。如果需要实现光谱扫描，可以通过步进电机15控制光栅4的角度，单色后的发射光能够通过反射镜16照射到光电倍增管17实现光检测。本实用新型中光检测器选择为二极管阵列时，光路传输如图3所示。可以调制的光源I的激发光共通过光纤12，照射到样品后，激发的荧光通过光纤的另一个端口到达狭缝13后照射到单色器的光栅14上，经激发光和发射光分离，分离后的光谱照射到二极管阵列检测器18上获得光谱信号。利用本实用新型实现荧光光谱检测的方法如下:通过光源控制电路，将光源设置为常开模式，在这个模式下，光源未被调制，是常开状态。通过步进电机控制光栅的转动，进行光谱扫描。利用本实用新型实现时间分辨荧光光谱检测的方法如下:通过光源控制电路，将光源进行调制，设置为闪烁模式，闪烁的频率为1000Hz。通过步进电机控制光栅的转动，设定所需要波长，设置进行荧光衰减曲线，来计算荧光的寿命，并确定特定。通过记录荧光衰减曲线，来计算荧光寿命；时间分辨荧光检测系统中，通过比较器，将可以将两个电信号间的时间间隔长度记录下来，转化成为电信号，并记录下来。重复记录数次IO3-1O4,绘制荧光衰减曲线。
权利要求1.一种荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪，其特征在于:所述光纤光谱仪包括光路部分、电路部分和工控机； 所述光路部分包括依次连接的光源控制器、光源、样品盘、单色器和光检测器； 所述电路部分包括光源控制电路、光谱数据采集分析系统和时间分辨电路，所述光源控制电路、所述光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路均与所述工控机相连接； 所述光源控制器与所述光源控制电路相连接；所述光检测器分别与光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路相连接。
2.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于:所述光源与所述样品盘之间通过光纤相连接。
3.根据权利要求1或2所述的光纤光谱仪，其特征在于:所述单色器与光谱扫描控制电路相连接，所述光谱扫描控制电路与所述工控机相连接。
4.根据权利要求3所述的光纤光谱仪，其特征在于:所述光检测器为光电倍增管； 所述单色器与步进电机相连接。
5.根据权利要求3所述的光纤光谱仪，其特征在于:所述光检测器为二极管阵列检测器。
6.根据权利要求1或2所述的光纤光谱仪，其特征在于:所述光源控制电路、所述光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路均通过通讯控制器与所述工控机相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种荧光光谱-时间分辨荧光同时检测光纤光谱仪。所述光纤光谱仪包括光路部分、电路部分和工控机；所述光路部分包括依次连接的光源控制器、光源、样品盘、单色器和光检测器；所述电路部分包括光源控制电路、光谱数据采集分析系统和时间分辨电路，所述光源控制电路、所述光谱数据采集分析系统和所述时间分辨电路均与所述工控机相连接；所述光源控制器与所述光源控制电路相连接；所述光检测器分别与所述光谱采集分析系统和所述时间分辨电路相连接。本实用新型具有体积小，携带方便，应用现场灵活，成本低的优势，可以方便地对样品进行实时检测和监控。
文档编号G01N21/64GK203053867SQ20132002685
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者郭宝元, 吕笑天, 刘琛, 王会利, 高永鑫, 李建中 申请人:中国科学院生态环境研究中心