本发明涉及一种双荧光发射面的微量物质检测仪及检测方法，其属于微量检测技术领域。
背景技术：
分析化学中常用的内标法是一种间接或相对的校准方法。在分析测定样品中某组分含量时，加入一种内标物质以校准和消除出于检测条件的波动而对分析结果产生的影响，以提高分析结果的准确度，实现定量检测。利用双光路荧光检测系统可同时检测作为参比内标荧光染料发射的荧光强度和被检测物相关联的荧光探针发射的荧光强度，实现比率型检测，可消除不同仪器间的激发光源灯发光强度和波长不同产生的误差，使批量化生产的仪器校准简单化，提高准确率和重复性。专利“一种小型双光路荧光检测装置，201620412985.3”，将比色皿单面发射的荧光经聚集透镜转换成平行光，再经二色镜分为两个不同波段的荧光，最后经由滤光镜和聚光透镜到达光电二极管。这个装置中使用可低电压启动、价廉的普通光电二极管，实现小型的比率型荧光检测。由于该装置设置的二色镜损耗部分荧光强度，并且光程较长，减弱了射入光电二极管的荧光强度，难于满足较低检测极限的痕量物质检测要求。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双荧光发射面的微量物质检测仪，在保持单荧光发射面的双波段比率型检测的优点基础上，不设置二色镜和荧光聚光透镜，采用从比色皿的对应、且相互平行的两个面采集两束不同波段的荧光策略，进一步提高仪器的灵敏度，降低检测极限。
本发明采用的技术方案：一种双荧光发射面的微量物质检测仪，它包括电源、数据采集放大系统、自动控制与网络传输系统、显示设备，它还包括激发单元、第一检测单元和第二检测单元；第一检测单元与第二检测单元平行，激发单元与第一检测单元相互垂直；所述激发单元包括激发光源、光源聚光透镜、光源滤光镜和比色皿；所述第一检测单元包括第一荧光聚光透镜、第一荧光滤光镜、第一光电二极管；所述第二检测单元包括第二荧光聚光透镜、第二荧光滤光镜、第二光电二极管；比色皿与第一检测单元、第二检测单元处在同一直线上，比色皿发射出来的两束相反发射方向的荧光分别进入第一检测单元、第二检测单元；第一光电二极管、第二光电二极管电连接至数据采集放大系统、自动控制与网络传输系统和显示设备。
一种双荧光发射面的微量物质检测仪的检测方法：
（a）激发光源发射的光经由聚光透镜和滤光镜照射到比色皿，比色皿内的检测荧光探针和参比内标荧光染料被同时激发，发射出不同波长的荧光；第一检测单元与第二检测单元的荧光是由垂直于激发光路的两个相对应、且相互平行的比色皿面发射出来的两束相反发射方向的荧光组成；
（b）检测荧光探针发射的荧光经第一检测单元中的第一聚光透镜和第一荧光滤光镜，由第一光电二极管转换成电信号；
（c）参比内标荧光染料发射的荧光经第二检测单元中的第二聚光透镜和第二荧光滤光镜，由光电二极管转换成电信号；
（d）将第一检测单元与第二检测单元得到的电信号经数据采集放大系统放大，再经过数据自动控制与网络传输系统处理得到结果，结果显示在显示设备上。
（e）每个被检测物质的波段检测出的荧光强度与参比内标荧光染料波段测出的荧光强度的比值，分别与相应被检测物质浓度建立各自的标准曲线。
所述激发光源为发射350-800nm的光源，激发光源选自单波长led、多波长led、激光或汞灯；所述的光源聚光透镜，选自平凸镜、平凹镜、凸凹镜、双凸镜、双凹镜、不规则透镜；所述光电二极管选自普通二极管、倍增二极管或雪崩二极管；所述比色皿材质为光学玻璃、石英玻璃、ps、pe、pmma或pp，比色皿的形状为方柱、圆柱或锥形；所述显示设备为仪器配备显示器、手机、平板电脑或pc电脑。
所述数据采集放大系统用于放大经光电二极管转换后的电信号；所述自动控制与网络传输系统处理数据的方法为：以两个检测单元的光电二极管检测出光信号强度的比值与比色皿中被检测物质浓度建立标准曲线；所述电源供电系统与激发光源、光电二极管、数据采集放大系统、自动控制与网络传输系统、显示设备进行电连接；激发光源发射的光穿过光源滤光片聚光透镜至装有荧光探针和参比内标荧光染料的比色皿；比色皿中的荧光探针产生的荧光经比色皿的对应、且相互平行的两个面发出，依次穿过聚光透镜和滤光镜射入光电二极管，光电二极管将光信号转换成电信号，电信号经数据采集放大系统放大，再经过数据自动控制与网络传输系统处理得到结果，结果显示在显示设备上。
方法具体操作包含以下步骤：
（1）设置光路：从比色皿的对应、且相互平行的两个面发射出的荧光分成2个光路，对应一个参比内标荧光染料发射光强度检测和对应另一个荧光探针发射光强度检测；
（2）建立被检测物质的标准曲线：2个检测单元分别检测出2个被检测物质的荧光强度和1个参比内标荧光染料的荧光强度，通过被检测物质检测出的荧光强度与参比染料测出的荧光强度的比值，与被检测物质浓度建立各自的标准曲线；
（3）被检测物质的浓度检测：将被检测物质及对应检测探针和参比荧光染料置于比色皿中，激发光源发射的光穿过光源聚光透镜和滤光片至比色皿；比色皿中产生的荧光经比色皿的2个面，经荧光聚光透镜和滤光镜，分别检测得到被检测物质和参比染料的荧光强度；荧光强度的比值再与相应被检测物质的标准曲线对应，得到相应的被检测物质的浓度。
激发光源可选用单波长led、多波长led、激光、汞灯，根据荧光探针激发波长需要，选用可发射350~800nm的光源。优先选用多波长led作为激发光源。
根据选用的激发光源发射光的波长，可选用300~800nm范围内的带通滤光片、窄带滤光片等。
选用光源透镜要求能将透过光聚集于一点，可选用平凸镜、平凹镜、凸凹镜、双凸镜、双凹镜、不规则透镜等，优先选用平凸镜。
所述比色皿材质为光学玻璃、石英玻璃、ps（聚苯乙烯）、pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）或pp（聚丙烯），形状可设计为方柱、圆柱、锥形等。
根据要求透过荧光的波长范围，可选用350-800nm范围内的带通滤光片、窄带滤光片等。
光电二极管根据接受荧光强度强弱，可选用二极管、倍增二极管、雪崩二极管等。优先选用普通光电二极管作为光电转换装置。
光电二极管和数据采集放大系统分别与数据处理单元链接，数据处理单元可以与专用显示器连接，也可以通过蓝牙、usb或wifi与手机、ipad或pc机等显示器连接。
本发明的有益效果为：仪器包括光学系统、电源供电系统、放大装置、自动控制与网络传输系统、显示设备及检测单元；光学系统由激发光源、光源聚光透镜、光源滤光镜、比色皿、聚光透镜、滤光镜、光电转换装置等组成。光源发射的光经滤光镜和聚光透镜激发比色皿中的荧光探针分子，探针发出的荧光在与激发光的垂直的2个方向，经2个透镜聚集，利用滤光镜将短波段荧光和长波段荧光分别在2个光电二极管转换为电信号。电信号经放大、数据处理，显示被检测物质浓度。与单荧光发射面的双波段荧光强度比率型检测系统相比，在保持检测稳定性和准确率的优点基础上，本系统结构中未设置二色镜和荧光聚光透镜，使荧光损耗少、光程短，具有更高的灵敏度、更低的检测极限。在检测铜离子的同等条件下，双荧光发射面和单荧光发射面的光学系统相比较，荧光检测强度提高了1.2倍、检测极限由0.03mg/kg降低到0.015mg/kg。因此，该检测仪具有更高的灵敏度和更低的检测极限。本发明的仪器体积更小、操作简单，可用于现场实时定量的快速分析检测。
附图说明
图1双荧光发射面荧光检测仪的示意图。
图中：1、激发光源，2、光源聚光透镜，2a、第一荧光聚光透镜，2b、第二荧光聚光透镜，3、光源滤光镜，3a、第一荧光滤光镜，3b、第二荧光滤光镜，4、比色皿，5a、第一光电二极管，5b、第二光电二极管，6、电源，7、数据采集放大系统，8、自动控制与网络传输系统，9、显示设备。
具体实施方式
实施例1：单荧光发射面和双单荧光发射面的双波段检测仪的荧光强度
单荧光发射面的双波段检测仪实验条件：铜离子荧光探针（10µm，中国发明专利zl200410082745.3中的化合物1，最大激发波长450nm，探针发射525nm波长的荧光，探针与铜离子结合后发射475nm波长的荧光，led激发光源（波长450nm，额定功率40mw），激发电源功率40mw，50mmhepes缓冲水-乙醇溶液（ph7.4，30oc），铜离子浓度（10µm），方形标准比色皿，各种荧光聚光透镜，二色镜（500nm），a路荧光滤光镜（475nm，窄带滤光片），b路荧光滤光镜（525nm，带通滤光片），聚光透镜（平凸镜），放大倍数4m。
双荧光发射面的双波段检测仪实验条件：铜离子荧光探针（10µm，中国发明专利zl200410082745.3中的化合物1，最大激发波长450nm，探针最大发射525nm波长的荧光，探针与铜离子结合后最大发射波长475nm），led激发光源（波长450nm，额定功率40mw），激发电源功率40mw，50mmhepes缓冲水-乙醇溶液（ph7.4，30oc），铜离子浓度（10µm），方形标准比色皿，第一荧光滤光镜（475nm，窄带滤光片），第二荧光滤光镜（525nm，带通滤光片），聚光透镜（平凸镜），放大倍数4m。
实验结果：
上述结果显示，在空白条件下（无铜离子），本申请专利的双荧光发射面的光学系统检测铜荧光探针的b路强度（荧光强度为1197mv）比单荧光发射面光学系统的结果（荧光强度为550mv）高出1.2倍。含铜离子情况的结果也类似。
实施例2：单或双荧光发射面的双波段检测仪检测铜离子检测极限
实验条件同实施例1。
实验结果：
上述结果显示，用单荧光发射面的光学系统检测铜荧光探针情况下，含铜量由0.03mg/kg下降到0.02mg/kg时，a和b路的荧光强度仅仅变化1mv，小于光电二极管的敏感误差范围，因此，这个光学系统检测极限值为0.03mg/kg；用本申请专利的双荧光发射面的光学系统检测铜荧光探针情况下，含铜量由0.015mg/kg升高的到0.020mg/kg时，a和b路的荧光强度变化7~9mv，还在光电二极管的敏感范围内，因此，这个光学系统检测极限值小于0.015mg/kg。
实施例3
如图1所示该检测仪的工作过程为：激发光源1发射的光经由聚光透镜2和滤光镜3照射到比色皿4，比色皿内的检测荧光探针和参比内标荧光染料被同时激发，发射出不同波长的荧光；检测荧光探针发射的荧光经第一检测单元中的第一荧光聚光透镜2a和第一荧光滤光镜3a，由第一光电二极管5a转换成电信号；参比内标荧光染料发射的荧光经第二检测单元中的第二荧光聚光透镜2b和第二荧光滤光镜3b，由第二荧光光电二极管5b转换成电信号；在a和b两个检测单元得到的电信号经数据采集放大系统7放大，再经过数据自动控制与网络传输系统8处理得到结果，结果显示在显示设备9上。
实施例4：建立铜离子检测工作曲线
实验条件参照实施例1中的双荧光发射面的双波段检测仪部分，仅改变铜离子浓度（0~10µm）。
实验结果：
计算公式：y=k×a+b,a强度计算结果：k=-4.1455,b=10.081,相关系数r2=0.9937。
实施例5：自来水中铜离子含量检测
实验条件参照实施例1中的双荧光发射面的双波段检测仪部分，5个水样取自不同地点。利用实例4中的k和c值计算得到的下列结果，与icp-ms检测结果相比较，误差在5%以内。