专利名称：色散型直读式光谱检测器的制作方法
技术领域：
本发明属于光谱测量技术领域，具体涉及一种色散型直读式光谱检测器。
背景技术：
对光谱分析来说，光谱分析仪器是必不可少的工具。 一般的光谱仪都是使用点检测 器，这样的检测器在获得光谱的时候必须经过一段扫描的过程，如光栅式的要通过转动 光栅，傅立叶变换式需要移动定镜，AOTF晶体虽然无需机械运动，但是也要进行透过 波长的连续变换过程。这样的扫描过程需要消耗较长的时间来扫描一张谱图，这对测定 可能会发生变化的样品不利。如化学发光光谱的测定，由于化学发光较快，即使通过高 速扫描获取光谱，由于反应的进行，谱峰的峰形还是会出现一定的变化。而且这些检测 手段都不适合应用于快速变化的场合，如流动体系。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术的不足，提供一种色散型直读式光谱检测器， 该光谱检测器可以无需扫描即可一次读取操作直接获取光谱谱图。
本发明提供的技术方案是色散型直读式光谱检测器，包括色散机构、多通道线阵 光电检测器、光阑、进样通道和照明光源，所述照明光源、进样通道、光阑、色散机构 和多通道光电检测器按照明光源、进样通道、光阑、色散机构、多通道光电检测器的光 路顺序排列；经进样通道出来的光信号，透过光阑进入色散机构后色散聚焦于多通道线
阵光电检测器表面，光信号的色散方向与多通道线阵光电检测器的线阵方向重合。 上述色散机构包括准直镜、分光元件和聚焦镜。
上述准直镜为准直透镜或准直反射镜；聚焦镜为聚焦透镜或聚焦反射镜。 上述色散机构还包括平面反射镜。
所述的分光元件为一片或者多片透射光栅或反射光栅或棱镜。
上述光阑为机械狭缝式光阑。
上述进样通道为透明的管路。
上述照明光源为透射光源卤钨灯和/或荧光激发光源激光器。
本发明中的多通道线阵光电检测器可以为线阵或以线阵模式工作的面阵CCD或CMOS或者是其他感光元器件。
本发明将光谱仪结构简化，获得快速光谱分析和连续光谱分析的能力。
本发明具有良好的系统扩展性与兼容性。可以用作HPLC、 CE、流动注射、顺序注 射的光谱检测器。
本发明可以无需扫描即可一次读取操作直接获取光谱谱图。由于无需扫描，检测器 可以连续记录CCD的读取输出，即可获取样品的三维光谱谱图，很适合应用于流动体 系的测定和监控反应过程。可以作为对激光诱导荧光光谱检测器、紫外可见吸收光谱检 测器和化学发光光谱检测器使用。
图l为本发明色散型光谱检测器结构示意图2本发明与流动注射化学发光系统连用的结构示意图3为本发明用于监测0)2+催化鲁米诺化学发光所得到的光谱结果图4和图5为本发明的进样通道与照明方式示意图。
具体实施例方式
本发明涉及的一种色散型直读式光谱检测器由色散机构、多通道线阵光电检测器、 光阑及进样通道与照明光源组及相关控制的软硬件组成。图1为本发明光谱检测器结构 示意图。
如图l，溶液由接口3导入进样通道5，并从接口4流出，来自进样通道5的各种光 信号，包括来自卤钨灯l的透射光、被激光器2激发的荧光以及溶液自身产生的化学发 光透过光阑6进入光谱检测器。进入光谱检测器的光信号，在被分光元件7分光之后， 在垂直于光阑6的方向色散成一条光斑，这条光斑落于横置的光电检测器8上，由光电 检测器8完成光电转换。工作站9控制光电检测器8的运行，并记录得到的数据。
根据该结构，色散组件中的分光元件可以是一片或者多片透射式光栅、反射式光栅 或者棱镜。根据应用需求，选择不同的透镜、反射镜与分光元件组合成为色散结构(如 按光路顺序由准直透镜、分光元件和聚焦透镜组成；或由准直透镜、分光元件和聚焦反 射镜组成；或由准直反射镜、分光元件和聚焦反射镜组成；或由准直反射镜、分光元件 和聚焦透镜组成等)。为了折叠光路以压縮体积，也可以根据需要在色散组件中的任意 位置加入平面反射镜。
本发明可通过滤光片来消除激发光等杂光的干扰。根据该结构，进样通道为透明的管路。来自卤鸨灯的透射光应该是对其正面透射， 而激发荧光的激光采用侧面照射。
根据该结构，光电检测器可以是线阵或者以线阵的模式工作的面阵传感器，其类型 可以是CCD或者CMOS或者其他感光元器件。
根据该结构，线阵传感器长度应与色散光斑相匹配，线阵传感器总长度尺寸决定检 测色散光斑的范围。光栅的闪耀波长和刻线密度、光程与传感器长度尺寸共同决定传感 器的工作波长范围。
根据该结构，光栅刻线密度、光程与单个像元的长度决定单色仪的极限分辨率。每 两个相邻的单个像素的波长差，可以认为是仪器的最优光谱分辨率。 根据该结构，当线阵传感器读数一次，即得到入射光的光谱。 根据该结构，当线阵传感器采集的信号与时间关联，即得到光谱的时间变化关系， 即三维光谱。
根据该结构，对光信号强度的检测定量，可以以峰高进行定量，也可以以峰体积进 行定量。
实施例l:流动注射化学发光光谱检测仪
该实施例为检测化学发光光谱的光谱仪。仪器结构图如图2所示，流动注射仪l、 毛细管2 (进样通道)、分光系统3、线阵CCD4、工作站5。
溶液在流动注射仪1的流路中混合，溶液流过竖直安置的毛细管2，化学反应过程 中产生的光信号透过毛细管2进入反射光栅分光系统3，光信号分光后投射到横置的线 阵CCD4表面，CCD4受到工作站5的控制，数据由工作站5记录输出。
CCD每次记录即为记录一个光谱。固定间隔的连续记录，即可记录到三维光谱信息。
实施例2: 0>2+催化鲁米诺化学发光的光谱分析
在实施例1所示的仪器中，向流动注射仪的流路中注入鲁米诺化学发光体系所需的 各溶液，包括发光剂鲁米诺溶液，双氧水氧化剂，碳酸氢钠载流和0)2+样品溶液。设定 CCD以固定间隔时间连续采样。间歇注入的催化剂0>2+产生的化学发光信号使得三维 光谱谱图中出现一个一个山峰形状，如图3-1。每一个山峰对应的就是检测到的化学发 光信号(峰值大约位于425nm)。
通过沿固定时间切割三维谱图，即可得到某一时刻的化学发光光谱图，如图3-2。 通过沿固定波长切割三维谱图，即可得到信号随时间变化的谱图，如图3-3。
对化学发光信号强度的检测定量，可以以峰高进行定量，也可以以峰体积进行定量。实施例3:紫外-可见吸收光谱检测器进样通道
紫外、可见吸收是一种常见的色谱检测手段，利用物质的吸光特性进行检测及定量。 实施例1所示仪器的光栅分光系统和线阵CCD检测器仍可应用于紫外-可见吸收光谱的
检测，但进样通道需要按照图4为照明作相应调整(进样通道的结构如图4，卤转灯的 照明光由正面入射，透过溶液进入光阑)。
实施例4:激光诱导荧光光谱检测器进样通道
激光诱导荧光光谱检测器，主要是针对有荧光的物质进行检测及定量。由于不同的 物质具有不同的荧光，所以光谱谱峰的形状可以用于区分不同的物质。与化学发光不同， 荧光需要激发光源，由于应用于流动体系，光漂白的效应被抑制，所以使用激发功率较 高，单色性好的激光作为光源有一定的优势。
实施例1所示仪器的光栅分光系统和线阵CCD检测器仍可应用于激光诱导荧光光 谱的检测，但进样通道需要按照图5为照明作相应调整(进样通道的结构如图5，激光 由侧面入射，照在接口的溶液通道内，溶液受激产生的荧光透过设在背面的滤光片进入 光阑)。
权利要求
1. 色散型直读式光谱检测器，包括色散机构、多通道线阵光电检测器、光阑、进样通道和照明光源，其特征是所述照明光源、进样通道、光阑、色散机构和多通道光电检测器按照明光源、进样通道、光阑、色散机构、多通道光电检测器的光路顺序排列；经进样通道出来的光信号，透过光阑进入色散机构后色散聚焦于多通道线阵光电检测器表面，光信号的色散方向与多通道线阵光电检测器的线阵方向重合。
2. 根据权利要求1所述的光谱检测器，其特征是色散机构包括准直镜、分光 元件和聚焦镜。
3. 根据权利要求2所述的光谱检测器，其特征是准直镜为准直透镜或准直反 射镜；聚焦镜为聚焦透镜或聚焦反射镜。
4. 根据权利要求2或3所述的光谱检测器，其特征是色散机构还包括平面反 射镜。
5. 根据权利要求2或3所述的光谱检测器，其特征是所述的分光元件为一片 或者多片透射光栅或反射光栅或棱镜。
6. 根据权利要求1或2或3所述的光谱检测器，其特征是光阑为机械狭缝式 光阑。
7. 根据权利要求1或2或3所述的光谱检测器，其特征是进样通道为透明的管路。
8. 根据权利要求1或2或3所述的光谱检测器，其特征是照明光源为透射光源卤钨灯和/或荧光激发光源激光器。
全文摘要
色散型直读式光谱检测器，包括色散机构、多通道线阵光电检测器、光阑、进样通道和照明光源；经进样通道出来的光信号，透过光阑进入色散机构后色散聚焦于多通道线阵光电检测器表面，光信号的色散方向与多通道线阵光电检测器的线阵方向重合。通过多通道的检测器的同时读取数据可以一次性的直接得到光谱。而连续记录光电检测器的数据输出，则可以获得三维光谱数据。本发明将对光谱的分析检测实时化，可以做到对动态过程的实时监测。本发明具有良好的系统扩展性与兼容性，能够作为联用的光谱检测器与各种分离技术相结合，实时获取溶液中的吸收光谱或者荧光光谱又或化学发光光谱，为分析测试提供辅助。
文档编号G01N21/00GK101446546SQ20081019785
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者唐宏武, 昊 徐 申请人:武汉大学