一种激光诱导荧光食品检测仪的制作方法

本发明涉及食品检测技术领域，尤其涉及一种激光诱导荧光食品检测仪。

背景技术：

现代社会人们日益关注食品的安全状况，尤其是对食品添加剂、农药残留超标和食品中添加违禁物质的相关数据信息日益关注。

基于圆形光波导的生物检测仪利用激光在圆形波导内以全反射方式传输时在传感器表面产生消逝波，该消逝波将可激发通过生物亲和反应而结合到传感器表面上的标记荧光的待测物质，通过检测荧光信号大小而实现待测物质浓度的检测。通常消逝波场的穿透深度只有数十纳米至几百纳米，所以圆形光波导生物检测仪只能探测到结合于消逝波场范围内的荧光物质发出的荧光，而溶液中游离的荧光物质几乎不对检测结果产生影响。因此该类检测仪具有灵敏度高、生物特异性强和检测速度快等特点，同时可对生物反应过程进行动态检测，因而在食品检测和环境监测等领域得到了广泛的应用。

现有技术的该类检测仪主要是运用圆形波导作为传感单元，而光信号收集单元采用大量光学分离元件。对激光传送与荧光的收集和检测都是采用常规的光学元件，如反射镜、透镜组、斩波器等，因此该类检测仪存在光路调节困难、系统复杂、能量损耗大等缺点。本发明所述的激光诱导荧光食品检测仪在于激光传送和荧光的收集都是利用圆形光波导来实现的，具有系统结构简单，光损失少，检测灵敏度高等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光诱导荧光食品检测仪，运用单模圆形波导和多模圆形波导组成的复合结构实现激光的传送和荧光的收集，最大限度减少光学分离器件来实现高效率的光传送和高的信噪比，最终实现食品风险污染物的高灵敏检测，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种激光诱导荧光食品检测仪，包括激光器、单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置、圆形光波导传感模块、光电转换模块、DSP数据处理控制模块、USB数据接口模块和计算机，所述激光器、单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置、圆形光波导传感模块、光电转换模块、DSP数据处理控制模块、USB数据接口模块和计算机根据相对应的输入输出端口依次连接，所述DSP数据处理控制模块的相应端口分别连接USB数据接口模块和光电转换模块；所述光电转换模块的前端装有荧光滤光片；所述圆形光波导传感模块包括圆形光波导传感元件和毛细管样品池。

进一步的，所述单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置由单模圆形波导和多模圆形波导束耦合而成。

进一步的，所述的单模圆形光波导的直径为4微米，数值孔径为0.22；多模圆形波导束的直径为200微米，数值孔径为0.22，共由5根组成。

进一步的，所述的圆形波导传感模块与单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置采用可拆卸的连接器进行连接。

进一步的，所述的圆形波导传感元件表面固定有生物识别分子。

上述的激光诱导荧光食品检测仪的检测方法，包括以下步骤：

（1）待测物的浓度的信息采集：

利用激光激发通过生物亲和反应而使连接在圆形光波导传感元件表面上的标记有荧光的待测物发出荧光并收集，然后将收集的信息经光电转化模块转换为电信号；

（2）信号的放大、滤波处理：把光电转换的电信号经过放大电路放大、滤波元件的滤波后，送入DSP数据处理模块进一步的分析处理；

（3）DSP数据处理控制模块对数据的分析处理和控制：选择不同采样频率进行AD采样，经过快速傅里叶变换计算和DSP数据处理模块的分析，得出在一定时间段内待测物浓度的信号特征值；经USB数据接口模块发送到计算机分析，并进行相应的数据处理和显示。

本发明的有益效果为：所述激光诱导荧光食品检测仪体积小方便携带，使用时直接放置在现场，利用激光激发通过生物亲和反应而使连接在圆形光波导传感元件表面上的标记有荧光的待测物发出荧光并收集，然后经过适当的信号采集和处理，即可检测食品中待测物的浓度。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图中：

图1是本发明实施例所述的激光诱导荧光食品检测仪的结构原理示意图；

图2是本发明实施例所述的激光诱导荧光食品检测仪的圆形光波导传感模块示意图；

图3是本发明实施例所述的激光诱导荧光食品检测仪的传感元件示意图；

图4是本发明实施例所述的激光诱导荧光食品检测仪的单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置示意图。

图中：

1、 激光器； 2、 单模圆形波导和多模圆形波导复合结构；3、 光电转换模块； 4、 荧光滤光片；5、连接器； 6、圆形光波导传感模块； 7、DSP数据处理控制模块； 8、 USB数据接口模块； 9 、计算机； 10、圆形波导传感元件；11、毛细管样品池；1001、包层 ；1002、传感元件（纤芯）；201、单模圆形波导 ； 202、 多模圆形波导束 。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明实施例所述的一种激光诱导荧光食品检测仪，包括激光器1、单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置2、圆形光波导传感模块6、光电转换模块3、DSP数据处理控制模块7、USB数据接口模块8和计算机9，所述激光器1、单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置2、圆形光波导传感模块6、光电转换模块3、DSP数据处理控制模块7、USB数据接口模块8和计算机9根据相对应的输入输出端口依次连接，所述DSP数据处理控制模块7的相应端口分别连接USB数据接口模块8和光电转换模块3；所述光电转换模块3的前端装有荧光滤光片4；所述圆形光波导传感模块6包括圆形光波导传感元件10和毛细管样品池11。

所述激光器1发出的激光经单模圆形波导和多模圆形波导复合结构装置2中的单模圆形波导201进入圆形光波导传感模块6中的圆形光波导传感元件10，并在传感元件（纤芯）1002产生消逝波，该消逝波激发结合到传感元件（纤芯）1002的标记在待测物上的荧光分子。部分荧光耦合回传感元件（纤芯）1002，经过连接器5进入单模圆形波导和多模圆形波导复合结构2的多模圆形波导束202，荧光滤光片4滤除反射的激发光，而大部分荧光得以通过，透过的荧光由光电转换模块3检测到并转换成电信号，然后该信号经DSP数据处理控制模块7处理后经USB数据接口模块8交由计算机9实时分析和显示。

所述的单模圆形波导和多模圆形波导复合结构2是由一根处于中心位置的单模圆形波导201和多模圆形波导束202组成，其中单模圆形波导201是将激光引入圆形波导传感元件1002，而多模圆形波导束202用于收集荧光，有利于提高荧光收集效率。

所述的圆形光波导传感元件10的包层1001被去除部分，并在传感元件（纤芯）1002表面上固定生物识别分子。

所述的单模圆形波导和多模圆形波导复合结构2通过连接器5与圆形光波导传感模块6结合。

所述圆形光波导传感模块6由圆形光波导传感元件10和毛细管样品池11组成，传感元件（纤芯）1002在检测前需固定生物识别分子，然后放置在毛细管样品池11中，再与单模圆形波导和多模圆形波导复合结构2相连。

检测时，将圆形光波导传感模块6放入待测物溶液中，在毛细管作用下，溶液进入毛细管，反应一定时间后，打开激光器1，激发光将以全反射方式进入传感元件（纤芯）1002，激光在传感元件（纤芯）1002内多次反射传播时产生的消逝波激发结合到其表面的荧光物质，荧光物质发出荧光，部分耦合回传感元件（纤芯）1002，经多模圆形光波导束202传输后，从另一端射出，经荧光滤光片4滤光后进入光电转换模块3，并被转换成与荧光强度成正比的电信号，经DSP数据处理控制模块7处理后经USB数据接口模块8发送到计算机9进行分析处理。计算机9分析处理后到的数据与圆形光波导元件表面待测物质的浓度成正比，通过分析信号的强弱即可得知待测物质的浓度。

图1是本发明的最佳实施例，其具体结构和参数如下：

激发光源是中心波长为650nm的半导体激光器1，输出功率为5mW，单模圆形波导和多模圆形波导复合结构中：单模圆形光波导的直径为4微米，数值孔径为0.22；多模圆形波导的直径为200微米，数值孔径为0.22，共由5根组成。荧光滤光片4对激发光的透过率≤10－6，对荧光的透过率≥75％。光电转换器为光电二极管。

检测时，在毛细管样品池8内注入了标记了Cy5.5荧光分子的待测样品溶液，实施例中圆形波导元件对Cy5.5荧光分子溶液的探测灵敏度均达到10－8mol/L。完成一次荧光信号检测所需时间少于20min。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。