一种多通道圆偏振荧光光谱仪的制作方法

一种多通道圆偏振荧光(circularlypolarizedluminescence，cpl)光谱仪，由波长为紫外或可见激发光源、线偏振光均匀系统、圆偏振光转换器、样品池、圆偏振光分离器、双光束分叉光纤光谱收集、成像光谱仪系统、多通道电荷耦合器件ccd采集/数据处理系统以及圆偏振荧光光谱校正系统构成，采集200nm-1100nm波段的手性荧光光谱。多通道圆偏振荧光光谱仪，可用于气体、液体和固体样品的圆偏振荧光光谱研究，获得它们的激发态的手性信息。

背景技术：

圆偏振荧光光谱仪通过手性样品在激发光源的激发下受激辐射产生的左、右圆偏振荧光强度差确定手性荧光信号。目前商业化的圆偏振荧光光谱多采用mpt光电倍增管做为探测器，通过光谱仪波长扫描实现，采集时间一般长达数小时甚至数十小时，且探测灵敏度不高。本发明申请将采用多通道探测器电荷耦合器件ccd采集/数据处理系统应用，实现了圆偏振荧光光谱多通道探测高灵敏度测量，可以对浓度低至10^-6m的手性样品进行测试且采集时长较短。同时，目前商业化的圆偏振荧光光谱仪的不对称值g值(左、右圆偏振光信号强度差与总强度之比)一般低于10^-3，多用于镧系或过渡金属配合物的光学性能研究。本文同时申请采用外加磁场作为调控机制。利用磁场对圆偏振荧光光谱仪信号的加成作用，实现g值放大至高达10^-1量级，特别适合对低浓度的手性样品进行检测，能大幅度缩短探测所需的时间至几分钟。多通道圆偏振荧光光谱仪及其磁场调控手段的推广将促进手性荧光光谱的研究和发展。

技术实现要素：

一种多通道圆偏振荧光光谱仪，主要由紫外或可见区激光源或发光灯激发光源、线偏振光均匀系统、圆偏振光转换器、手性样品池、圆偏振荧光分离器、双光束分叉光纤光谱收集系统、成像光谱仪系统、多通道探测器采集/数据处理系统以及圆偏振荧光光谱校正系统九部分构成。

技术方案

将激光/发光灯激发光(紫外或可见区激光或发光灯激发光)作为光源照射，光源进行线偏振均匀化或者圆偏振光转换后,照射到手性样品池，样品产生的右、左旋圆偏振荧光通过圆偏振光分离器分为两束光分别入射到y型双光束光纤入射端a、b上，信号从y型双光束光纤的另一端成线性排列输入到光谱仪中，通过成像光谱仪分光后分别经出口狭缝入射到多通道探测器如电荷耦合探测器ccd上，并且各自位于ccd的上半部和下半部，ccd采集系统采集到的上半部和下半部的荧光信号即为右、左旋圆偏振荧光光谱信号，数据处理系统将右、左旋圆偏振荧光光谱信号的和作为总荧光光谱信号，将右、左旋圆偏振荧光信号的差作为圆偏振荧光差谱信号。圆偏振荧光差信号/总荧光信号作为归一化的圆偏振荧光差分完成一次多通道圆偏振激光荧光光谱采集。同时通过改变圆偏振荧光分离器的工作方式，实现右、左旋圆偏振激光荧光信号交替入射到y型双光束分叉光纤b，a端，进而成像在ccd的下半部和上半部，进而完成多通道圆偏振荧光差分的检测的光路补偿；同时改变圆偏振转换器状态，也可将右、左旋圆偏振荧光的变为左、右旋圆偏振荧光，进一步实现圆偏振荧光光谱校正。完成一个循环的圆偏振荧光差分采集。通过多次累加圆偏振荧光差分谱，完成圆偏振荧光光谱的采集。

根据需求选择相应的器件(如各种类型的波片、液晶延迟器、kd*p等)，可将系统在入射圆偏振荧光系统(icpcpl)、散射圆偏振荧光系统(scpcpl)、双向圆偏振荧光同相系统i(dcpicpl)、双向圆偏振荧光反相系统ii(dcpiicpl)之间转换，实现多探测模式下的多通道圆偏振荧光光谱检测。并且通过累加实现均匀后，降低噪声。整个系统的圆偏振器件皆为宽波带器件，可采集300nm-1100nm波段的手性荧光光谱。采用外加磁场作为调控机制。利用磁场对圆偏振荧光光谱仪信号的加成作用，实现g值放大至高达10^-1量级，特别适合对低浓度的手性样品进行检测。

有益效果

圆偏振荧光光谱的优势。本发明用于激发光波长为532nm的圆偏振荧光光谱研究即手性荧光光谱研究，获取手性物质的手型结构，鉴定其手性中心，测定分子构型，在手性催化、药物检测以及生物科学领域将发挥重要的作用。

附图说明

图1为本发明连接结构示意框图；

图2为非手性镧系化合物eu(fod)3分别与手性有机化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性络合物的圆偏振荧光光谱(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min)。

图3为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min)。

图4为非手性化合物eu(fod)3分别与手性有机化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性络合物在不同方向磁场下的圆偏振荧光光谱(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)之一；

图5为非手性化合物eu(fod)3分别与手性有机化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性络合物在不同方向磁场下的圆偏振荧光光谱(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)之二。

图6为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱，以及其在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min，1.4t)之一；

图7为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱，以及其在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min，1.4t)之二；

图8为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱，以及其在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min，1.4t)之三；

图9为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱，以及其在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min，1.4t)之四。

图10为不同浓度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(10^-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10^-4～10^-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之一；

图11为不同浓度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(10^-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10^-4～10^-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之二；

图12为不同浓度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(10^-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10^-4～10^-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之三。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例详述本发明。

实施示例1为圆偏振荧光光谱仪系统配置图。

如附图1所示，圆偏振荧光光谱仪用532nm激光做激发光源、线偏振光均匀系统、圆偏振光转换器、手性样品池、圆偏振荧光分离器、双光束分叉光纤光谱收集、成像光谱仪系统、电荷耦合器件ccd采集/数据处理系统以及圆偏振荧光光谱校正系统九部分构成。采集方式为散射圆偏振系统(scp)：

激光经线偏振均匀化系统后直接照射到手性样品池，入射光为线偏振光，检测发射荧光中圆偏振成分，样品产生的右、左旋圆偏振荧光信号通过圆偏振光分离器分为两束光分别入射到y型双光束光纤入射端a、b上，随后信号输入到光谱仪中，通过成像光谱仪分光后分别入射到出口狭缝处的宽范围灵敏的ccd上，并且分别位于ccd的上半部和下半部，ccd采集系统采集上半部和下半部的光信号作为右、左圆偏振荧光光谱信号，数据处理系统将右、左圆偏振荧光光谱信号的和作为总荧光信号，将右、左圆偏振荧光信号的差作为圆偏振荧光差信号。圆偏振荧光差信号/1/2(总荧光信号)作为归一化的不对称值，完成一次圆偏振激光荧光光谱采集。同时通过改变圆偏振光分离器的工作方式，实现右、左圆偏振激光荧光信号交替入射到双光束分叉光纤的，进而ccd的下半部和上半部，进而完成圆偏振荧光差分的检测的光路补偿，通过多次累加圆偏振荧光差分谱，完成圆偏振荧光光谱的采集

线偏振光均匀系统为一沿几何中心匀速旋转的1/2波片，1/2波片的几何中心处于光路上，1/2波片与光路垂直；

圆偏振荧光分离器由沿光路传输方向顺序排列的1/4波片(由液晶延迟器实现)和线偏振光分离器beamspliter构成；通过改变圆偏振光分离器中1/4波片上施加的电压进而使1/4波片的主轴方向转变90度，实现右、左旋圆偏振激光拉曼信号交替入射到双光束分叉光纤的a、b端，进入ccd的下半部和上半部，用于圆偏振荧光差分检测的光路补偿；

整个系统中的机械控制，数据采集，电子信息反馈皆有电脑控制，见图1中虚线。

激发光源、线偏振光均匀系统、圆偏振光转换器、成像光谱仪系统、电荷耦合器件ccd采集/数据处理系统均通过导线与计算机信号连接。

附图2为非手性镧系化合物eu(fod)3分别与手性有机化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性络合物的圆偏振荧光光谱(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min)。

附图3为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min)。

附图4～5为非手性化合物eu(fod)3分别与手性有机化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性络合物在不同方向磁场下的圆偏振荧光光谱(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)

附图6～9为不同浓度的手性化合物eu(hfc)3的圆偏振荧光光谱，以及其在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(532nm，10^-3m～10^-6m，200mw，5min，1.4t)。

附图10～12为不同浓度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁场下的磁场圆偏振荧光光谱(10^-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10^-4～10^-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)。

附图2～12分别为eu(fod)3-r-pe、eu(fod)3-s-pe、eu(hfc)3、eu(fod)3的荧光光谱和手性荧光光谱，这些谱图均有很好的信噪比，从圆偏振荧光谱图与磁场圆偏振荧光谱图的比较上可以看出，磁场响应下，对于特定波数区域，手性荧光光谱的信号有很大增强且总荧光强度并无变化，因此手性比值有很大提升，且信号对磁场的响应与磁场方向和手性对映体都有关，从这些结果可以看出，圆偏振荧光光谱仪在研究手性体系上具有巨大的潜力和优势，可以预期其将在手性催化、药物检测以及生物科学领域发挥重要的作用。