信号增强激光诱导荧光系统的制作方法
【专利摘要】信号增强激光诱导荧光系统，包括激光激发光路和荧光接收光路，所述激光激发光路包括激光器、激光聚焦镜，所述荧光接收光路包括依次连接的样品室、抛物面反射镜、聚焦镜、光纤准直镜、光纤、光谱仪；抛物面反射镜沿轴线方向开有供样品室进出的轴向孔，抛物面反射镜的抛物面上还有供激光束通过的孔，所述孔垂直于抛物面轴线，且抛物面的焦点在孔的延长线上；抛物面反射镜的焦点位于激光聚焦镜的聚焦点上，样品室的样品位于抛物面反射镜的焦点上，样品被激发后发出的荧光经抛物面反射镜反射形成平行光束经聚焦镜和光纤准直镜聚焦耦合入光纤最终被光谱仪捕获，该系统可极大提高对荧光信号的收集能力与利用率，增强荧光信号，从而提高荧光检测灵敏度。
【专利说明】信号增强激光诱导荧光系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于荧光信号检测的激光诱导荧光系统，该系统可有效提高荧光信号收集能力，提供高荧光信号利用率，从而增强荧光信号，进而提高荧光检测的灵敏度。
【背景技术】
[0002]荧光是一种光致发光现象，荧光光谱对应于物质相应的电子能级结构。荧光分析由于具有较好的灵敏度和较低的检测限以及可以使用普及型的仪器而广泛应用于农业、工业、卫生、医药、司法鉴定和科学研究中。
[0003]荧光光谱可以用于物质的定性与定量分析，荧光光谱具有灵敏度高、检出限低、使用装置简单和试样用量少等诸多优点，但也有其局限性，许多物质本身不会发出荧光或发出的荧光很弱无法使用荧光光谱对其进行分析。为了解决这一问题，荧光探针应运而生。所谓荧光探针就是某些具有较强荧光性质的物质，人们将这些物质与非荧光或弱荧光物质通过共价键或其它形式联接起来形成发荧光的络合物和聚集体从而进行测试。
[0004]激光诱导荧光是在传统荧光法基础上发展出的新技术，激光诱导荧光使用激光作为激发源来激发荧光。与传统的荧光法相比，激光诱导荧光技术具有更好的灵敏度与更低的检出限(Zare, R.N.，My life with LIF: a personal accountof developing laser-1nduced fluorescence.Annual Review of AnalyticalChemistry, 2012.5:p.1-14.)。
[0005]激光诱导荧光技术中的传统光路结构如图1所示，传统激光诱导荧光系统包括激光器、反射镜、聚焦镜、样品室、滤光片、光纤准直镜、光纤和光谱仪。根据不同的需要，激光诱导荧光系统所使用的光学组件会有所调整，光路结构也会有所变化，但基本结构大体是一致的。从激光器发出的激光经聚焦镜聚焦后到达样品，样品受到激光激发后产生荧光。荧光通过滤光片滤掉多余的激光，避免高强度的激光信号对荧光信号的接收产生干扰。而后荧光经光纤准直镜聚焦耦合进入光纤，传输至光谱仪。
[0006]这类传统激光诱导荧光系统有一个显而易见的缺点，即受激发的样品所产生的荧光是向各个方向发射的，而目前所使用的激光诱导荧光系统的收集装置只能捕获向少数方向发射的荧光，无法捕获大多数向其它方向发射的荧光，荧光信号的收集能力与利用率较低，获得的荧光信号强度较低，进而限制了荧光检测的灵敏度。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述传统激光诱导荧光系统的缺点，提供一种新型信号增强激光诱导荧光系统，提高荧光信号的收集能力与利用率，从而实现信号增强，进而提高荧光检测的灵敏度。
[0008]本发明的技术方案为:信号增强激光诱导突光系统，包括激光激发光路和突光接收光路，所述激光激发光路包括激光器、激光聚焦镜，所述荧光接收光路包括依次连接的样品室、抛物面反射镜、聚焦镜、光纤准直镜、光纤、光谱仪；抛物面反射镜沿轴线方向开有供样品室进出的轴向孔，抛物面反射镜的抛物面上还有供激光束通过的孔，所述孔垂直于抛物面轴线，且抛物面的焦点在孔的延长线上；抛物面反射镜的焦点位于激光聚焦镜的聚焦点上，样品室中的样品位于抛物面反射镜的焦点上，激光器发出的激光信号经激光聚焦镜后聚集到样品室的样品上。样品在抛物面反射镜焦点处被激发，发出的荧光经抛物面反射镜反射形成平行光束出射，经聚焦镜、光纤准直镜聚焦耦合进入光纤，再经光纤传输至光谱仪。
[0009]进一步的，所述荧光接收光路还包括滤光片，滤光片位于聚焦镜和光纤准直镜之间。
[0010]进一步的，所述抛物面反射镜、聚焦镜、滤光片、光纤准直镜在同一轴线上。
[0011]进一步的，所述激光激发光路还包括反射镜，反射镜位于激光器和激光聚焦镜之间。
[0012]优选的，所述反射镜与激光器发出的激光束成45°夹角。
[0013]优选的，所述样品室由石英管构成。
[0014]本发明能极大地提高对荧光信号的收集能力与利用率，增强荧光信号，从而提高荧光检测的灵敏度，结构简单、紧凑，便于搭建。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为传统激光诱导荧光系统的示意图。
[0016]图2为本发明的结构示意图。
[0017]图3为抛物面反射镜上两个孔的位置示意图。
[0018]图4为分别使用传统激光诱导荧光系统和本发明检测所得到的光谱图。
[0019]图中:1_激光器,2-反射镜,3-激光聚焦镜,4-样品室,5-滤光片,6-光纤准直镜，7-光纤，8-光谱仪，9-抛物面反射镜，10-聚焦镜，11-孔，12-轴向孔，13-焦点。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0021]如图2、3所示，本发明信号增强激光诱导荧光系统，包括激光激发光路和荧光接收光路，所述激光激发光路包括激光器1、激光聚焦镜3，所述荧光接收光路包括依次连接的样品室4、抛物面反射镜9、聚焦镜10、光纤准直镜6、光纤7、光谱仪8 ;抛物面反射镜9沿轴线方向开有供样品室4进出的轴向孔12，抛物面反射镜9的抛物面上还有供激光束通过的孔11，所述孔11垂直于抛物面轴线，且抛物面的焦点13在孔11的延长线上；抛物面反射镜的焦点13位于激光聚焦镜的聚焦点上，样品室4中的样品位于抛物面反射镜的焦点13上，这样，激光器I发出的激光信号经激光聚焦镜3后聚集到样品室4的样品上。
[0022]进一步的，所述荧光接收光路还包括滤光片5，滤光片5位于聚焦镜10和光纤准直镜6之间,滤光片5滤除多余的激光,避免高强度的激光信号对突光信号接收产生干扰。
[0023]进一步的，所述抛物面反射镜9、聚焦镜10、滤光片5、光纤准直镜6在同一轴线上，以保持光学系统的最佳性能。
[0024]进一步的，所述激光激发光路还包括反射镜2，反射镜2位于激光器I和激光聚焦镜3之间，反射镜2可转变激光束的方向，有利于系统各部件的总体布置，使系统的结构更紧凑。
[0025]优选的，所述反射镜2与激光器I发出的激光束成45°夹角。
[0026]优选的，所述样品室4由石英管构成，石英优良的光学性能可以保证样品室对激光与样品发出的荧光均有很高的透过率。
[0027]激光的聚焦位置与样品位置相互重合，同时，该位置也正是抛物面反射镜的焦点13，因此，样品受到激发后发出的荧光将会从抛物面反射镜9的焦点13向四周发射，即可以将受激发的样品看成一个位于抛物面反射镜焦点13的光源。根据抛物面反射镜的原理，荧光经抛物面反射镜反射后会变成平行光束射出。
[0028]聚焦镜10、光纤准直镜6构成一个荧光聚焦镜组，使荧光最后能够聚焦耦合进光纤7。
[0029]工作时，激光信号从激光器I发出后，经反射镜2反射后,激光聚焦镜3将激光信号聚集后穿过抛物面反射镜9上的孔11，聚焦到位于抛物面反射镜焦点13位置的样品室中的样品上，样品受到激光激发后发出荧光，荧光经抛物面反射镜9反射后变为平行光束射出，平行光束经聚焦镜10再次聚集，光束通过滤光片5滤除多余的激光，最后光束经光纤准直镜6聚焦耦合进入光纤7，再经光纤7传输至光谱仪8。
[0030]罗丹明6G是一种常见的荧光探针，广泛应用于细胞生物学、环境化学、药理学等领域。为了验证本发明的检测性能，分别使用本发明和传统激光诱导荧光系统对同浓度的罗丹明6G乙醇溶液(10ng/ml)进行测试，测试中两套系统使用同一台光谱仪(测试中光谱仪的参数设定也完全一致)和同一台激光器，样品室4也采用相同规格的石英管(内径
1.2_，外径2.0mm)，其它两个系统均使用的光学元件也都为同一型号。罗丹明6G的最大激发波长在525nm附近，最大发射波长在560nm附近(根据具体条件最大激发波长和最大发射波长会有所变化)，为实现最佳检测效果，激光器I使用527nm的半导体泵浦固体激光器，荧光接收光路中的滤光片使用550nm长波通滤光片。测试结果如图4所示。从测试结果可以发现，在对相同浓度的荧光物质罗丹明6G乙醇溶液的测试中，本发明所得到的信号强度远高于传统激光诱导荧光系统所获得的。证明了本发明相比传统激光诱导荧光系统拥有更高的荧光信号收集能力与荧光信号利用率，从而使得本发明在同等条件下能获得更强的荧光信号，进而提高了荧光检测的灵敏度。
[0031]相比传统激光诱导荧光系统，本发明的特点在于:引入了一面抛物面反射镜与其后的聚焦镜、滤光片、光纤准直镜相配合，极大的提高了对荧光信号的收集能力与利用率，增加了荧光信号强度从而提高了荧光检测的灵敏度；装置简单紧凑便于搭建。
[0032]显然，以上实施方式仅仅是对本发明所作的举例，而并非对本发明实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:包括激光激发光路和荧光接收光路，所述激光激发光路包括激光器(I)、激光聚焦镜(3)，所述荧光接收光路包括依次连接的样品室(4)、抛物面反射镜(9)、聚焦镜(10)、光纤准直镜￠)、光纤(7)、光谱仪(8);抛物面反射镜(9)沿轴线方向开有供样品室(4)进出的轴向孔(12)，抛物面反射镜(9)的抛物面上还有供激光束通过的孔(11)，所述孔(11)垂直于抛物面轴线，且抛物面的焦点(13)在孔(11)的延长线上；抛物面反射镜(9)的焦点(13)位于激光聚焦镜(3)的聚焦点上，样品室(4)中的样品位于抛物面反射镜的焦点(13)上，激光器(I)发出的激光信号经激光聚焦镜(3)后聚集到样品室⑷的样品上。
2.根据权利要求1所述的信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:所述荧光接收光路还包括滤光片(5)，滤光片(5)位于聚焦镜(10)和光纤准直镜(6)之间。
3.根据权利要求2所述的信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:所述抛物面反射镜(9)、聚焦镜(10)、滤光片(5)、光纤准直镜(6)在同一轴线上。
4.根据权利要求1所述的信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:所述激光激发光路还包括反射镜(2)，反射镜(2)位于激光器(I)和激光聚焦镜(3)之间。
5.根据权利要求4所述的信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:所述反射镜(2)与激光器(I)发出的激光束成45°夹角。
6.根据权利要求1所述的信号增强激光诱导荧光系统，其特征在于:所述样品室(4)由石英管构成。
【文档编号】G01N21/64GK104198452SQ201410464884
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】段忆翔, 张骥 申请人:四川大学