專利名稱：一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)，特別是涉及一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)紫外光或波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光照射到某些物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)發(fā)射出各種顏色和不同強(qiáng)度的可見(jiàn)光，而當(dāng)光源停止照射時(shí)，這種光線隨之消失。這種在激發(fā)光的誘導(dǎo)下產(chǎn)生的光稱為熒光，能發(fā)出熒光的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。由突光的發(fā)光原理可知,分子突光光譜與激發(fā)光源的波長(zhǎng)無(wú)關(guān),只與突光物質(zhì)本身的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以根據(jù)熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的熒光光譜，對(duì)熒光物質(zhì)進(jìn)行定性分析鑒別，熒光檢測(cè)目前已經(jīng)在生物、化學(xué)、環(huán)境等領(lǐng)域起到重要作用?，F(xiàn)有熒光光譜檢測(cè)裝置都采用氙燈、熒光探頭、單色儀的組合，其中的氙燈作為激發(fā)光光源，熒光探頭用于收集熒光物質(zhì)被激發(fā)后產(chǎn)生的熒光，單色儀用于檢測(cè)熒光光譜，進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)(見(jiàn)圖4)，熒光探頭收集的熒光先通過(guò)單色儀上的狹縫21進(jìn)入單色儀，再通過(guò)一反射鏡22反射到光柵23上，經(jīng)光柵色散后通過(guò)另一反射鏡24反射到單點(diǎn)探測(cè)器25上，由于不同波長(zhǎng)的光離開(kāi)光柵的角度不同，控制光柵23順序轉(zhuǎn)動(dòng)，即可使光柵色散后的不同波長(zhǎng)的光順序照射到單點(diǎn)探測(cè)器25上，光柵23順序轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光光譜的掃描，進(jìn)而獲得熒光光譜?，F(xiàn)有熒光光譜檢測(cè)裝置的缺陷在于:
1)單色儀中需要配置驅(qū)動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件，因此其體積、功耗都較大，導(dǎo)致整個(gè)裝置的體積、功耗都過(guò)于龐大，而且獲取熒光光譜的時(shí)間周期較長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)熒光光譜的實(shí)時(shí)采集，因而也無(wú)法分析熒光信號(hào)的一些瞬態(tài)特征，光譜重復(fù)性也較差；
2)氙燈所產(chǎn)生的光束強(qiáng)度低、質(zhì)量差，使得熒光物質(zhì)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子數(shù)較少，熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度也較弱，因此現(xiàn)有熒光光譜檢測(cè)裝置的檢測(cè)靈敏度較低；
3)現(xiàn)有熒光探頭都采用從O度角方位照射熒光物質(zhì)，從45度角方位接收熒光信號(hào)，這種收集方式的熒光采集效率較低，所能收集的熒光量較少，對(duì)熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求較高，熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)不符合要求會(huì)影響熒光信號(hào)的收集，現(xiàn)有熒光探頭目前主要面向于液態(tài)熒光物質(zhì)樣品，其使用場(chǎng)景也主要是實(shí)驗(yàn)室。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種熒光采集效率高，對(duì)熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求低的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)熒光光譜的實(shí)時(shí)采集、提高熒光檢測(cè)靈敏度，減少裝置整體體積、降低裝置整體功耗。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，包括光源、突光探頭、光柵光譜儀，其特征在于:
所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個(gè)聚焦透鏡；
所述兩個(gè)聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，每個(gè)聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面；
所述二向色性濾光片能反射波長(zhǎng)小于410nm的光，并能透射波長(zhǎng)大于等于410nm的
光;
所述光源與熒光探頭中的準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、第一聚焦透鏡構(gòu)成一條激發(fā)光路，該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源為出發(fā)點(diǎn)，再?gòu)臏?zhǔn)直透鏡的發(fā)散光入射面進(jìn)入并穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡，再依次先穿過(guò)窄帶通濾光片，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片，再經(jīng)二向色性濾光片以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第一聚焦透鏡，再穿過(guò)第一聚焦透鏡；
所述光柵光譜儀與熒光探頭中的第一聚焦透鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡構(gòu)成一條信號(hào)檢測(cè)光路，該信號(hào)檢測(cè)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡為出發(fā)點(diǎn)，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過(guò)二向色性濾光片、邊通濾光片后，從第二聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第二聚焦透鏡，再穿過(guò)第二聚焦透鏡后進(jìn)入光柵光譜儀。進(jìn)一步的，所述光柵光譜儀包括狹縫器件、信號(hào)光反射鏡、反射式閃耀平場(chǎng)光柵、反射聚光鏡、圖像傳感器；
所述信號(hào)檢測(cè)光路穿過(guò)第二聚焦透鏡后，先穿過(guò)狹縫器件，再依次由信號(hào)光反射鏡反射至反射式閃耀平場(chǎng)光柵，由反射式閃耀平場(chǎng)光柵反射至反射聚光鏡，由反射聚光鏡反射至圖像傳感器。進(jìn)一步的，所述窄帶通濾光片的入射角為O度，窄帶通濾光片允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為400 410nm。進(jìn)一步的，所述邊通濾光片的入射角為O度，邊通濾光片允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為421.5 900nm。進(jìn)一步的，所述光源是一能發(fā)射波長(zhǎng)為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器。本發(fā)明提供的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，采用了同軸光路設(shè)計(jì)的熒光探頭，利用聚焦透鏡將激發(fā)光聚焦到熒光物質(zhì)樣品上，并利用同一聚焦透鏡同時(shí)收集背向散射的熒光信號(hào)，由于采用了同軸光路設(shè)計(jì)，可以通過(guò)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑加大熒光信號(hào)的收集，從而提高熒光收集量，具有熒光采集效率高的特點(diǎn)，也正因?yàn)椴捎昧送S光路設(shè)計(jì)，對(duì)熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求也很低。另外，光柵光譜儀采用反射式閃耀平場(chǎng)光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光信號(hào)的色散，采用圖像傳感器來(lái)一次性捕獲全光譜波長(zhǎng)熒光光譜，獲取熒光光譜的時(shí)間周期很短(能達(dá)到1ms)，能實(shí)現(xiàn)熒光光譜的實(shí)時(shí)采集，光譜重復(fù)性好，利用分析熒光信號(hào)的一些瞬態(tài)特征，還能減少裝置整體體積、降低裝置整體功耗，采用激光發(fā)生器發(fā)射的激光光束，具有光束強(qiáng)度高、光束質(zhì)量好的特點(diǎn)，照射到熒光物質(zhì)樣品后能增加熒光物質(zhì)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子數(shù)，從而加強(qiáng)熒光物質(zhì)樣品所產(chǎn)生的熒光，能提高熒光檢測(cè)靈敏度。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置中的熒光探頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置中的光柵光譜儀的結(jié)構(gòu)示意 圖4是現(xiàn)有的單色儀的結(jié)構(gòu)示意 圖5是利用本發(fā)明實(shí)施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置測(cè)得的酒精熒光的熒光峰曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合
對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1 圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，包括光源1、突光探頭3、光柵光譜儀4,其特征在于:所述光源I是一能發(fā)射波長(zhǎng)為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器；
所述熒光探頭3 (見(jiàn)圖2)包括準(zhǔn)直透鏡31、窄帶通濾光片32、激發(fā)光反射鏡33、二向色性濾光片34、邊通濾光片36，及兩個(gè)聚焦透鏡；
所述兩個(gè)聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡35、第二聚焦透鏡37，每個(gè)聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面；
所述光柵光譜儀4 (見(jiàn)圖3)包括狹縫器件41、信號(hào)光反射鏡42、反射式閃耀平場(chǎng)光柵43、反射聚光鏡44、圖像傳感器45 ；
所述二向色性濾光片34能反射波長(zhǎng)小于410nm的光,并能透射波長(zhǎng)大于等于410nm的
光;
所述光源I與熒光探頭3中的準(zhǔn)直透鏡31、窄帶通濾光片32、激發(fā)光反射鏡33、二向色性濾光片34、第一聚焦透鏡35構(gòu)成一條激發(fā)光路,該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源I為出發(fā)點(diǎn)，再?gòu)臏?zhǔn)直透鏡31的發(fā)散光入射面進(jìn)入并穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡31，再依次先穿過(guò)窄帶通濾光片32，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡33反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片34，再經(jīng)二向色性濾光片34以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡35的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第一聚焦透鏡35，再穿過(guò)第一聚焦透鏡35 ；
所述光柵光譜儀4中的各部件與熒光探頭3中的第一聚焦透鏡35、二向色性濾光片34、邊通濾光片36、第二聚焦透鏡37構(gòu)成一條信號(hào)檢測(cè)光路，該信號(hào)檢測(cè)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡35為出發(fā)點(diǎn)，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過(guò)二向色性濾光片34、邊通濾光片36后，從第二聚焦透鏡37的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第二聚焦透鏡37，再穿過(guò)第二聚焦透鏡37后，再依次穿過(guò)狹縫器件41，由信號(hào)光反射鏡42反射至反射式閃耀平場(chǎng)光柵43，由反射式閃耀平場(chǎng)光柵43反射至反射聚光鏡44，由反射聚光鏡44反射至圖像傳感器45。本發(fā)明實(shí)施例中，所述窄帶通濾光片32的入射角為O度(即允許入射角為O度的光線通過(guò))，窄帶通濾光片32允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為400 410nm，窄帶通濾光片32的平均透光率大于87%。本發(fā)明實(shí)施例中，所述邊通濾光片36的入射角為O度(即允許入射角為O度的光線通過(guò))，邊通濾光片36允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為421.5 900nm,邊通濾光片36的平均透光率大于93%。本發(fā)明實(shí)施例中，所述圖像傳感器45采用的是型號(hào)為ILX511B的線陣CXD圖像傳感器，本發(fā)明其它實(shí)施例中，所述圖像傳感器也可以采用能實(shí)現(xiàn)捕獲全光譜波長(zhǎng)熒光光譜的其它圖像傳感器。本發(fā)明實(shí)施例的工作原理如下:
光源I發(fā)射波長(zhǎng)為405nm的激光,光源發(fā)射的激光通過(guò)光纖進(jìn)入突光探頭3,激光進(jìn)入熒光探頭3后，先穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡31，由準(zhǔn)直透鏡31校準(zhǔn)為準(zhǔn)直的平行光束，再穿過(guò)窄帶通濾光片32，由窄帶通濾光片32濾除邊模及經(jīng)過(guò)光纖色散后的雜散光，再通過(guò)激發(fā)光反射鏡33反射至二向色性濾光片34，通過(guò)二向色性濾光片34將波長(zhǎng)小于410nm的光沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向反射入第一聚焦透鏡35，再由第一聚焦透鏡35聚焦到熒光物質(zhì)樣品9上，從而激發(fā)熒光物質(zhì)樣品9發(fā)出熒光；
熒光物質(zhì)樣品9發(fā)出的波長(zhǎng)大于等于410nm的熒光由第一聚焦透鏡35收集后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，先穿過(guò)二向色性濾光片34，再穿過(guò)邊通濾光片36，由邊通濾光片36濾除殘余的激光后，穿過(guò)第二聚焦透鏡37，由第二聚焦透鏡37聚焦后，通過(guò)光纖由光柵光譜儀4上的狹縫器件41進(jìn)入光柵光譜儀4，收集的熒光進(jìn)入光柵光譜儀4后先通過(guò)信號(hào)光反射鏡42反射至反射式閃耀平場(chǎng)光柵43，熒光經(jīng)反射式閃耀平場(chǎng)光柵43處理后產(chǎn)生色散，色散后的光被反射式閃耀平場(chǎng)光柵43反射至反射聚光鏡44，再由反射聚光鏡44反射至圖像傳感器45，由圖像傳感器45捕獲后通過(guò)模電轉(zhuǎn)換，形成一個(gè)全光譜波長(zhǎng)的熒光光譜送入光譜分析終端5。本發(fā)明實(shí)施例特別適用于量子點(diǎn)、水質(zhì)、珠寶等熒光物質(zhì)的熒光光譜檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，包括光源、熒光探頭、光柵光譜儀，其特征在于: 所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個(gè)聚焦透鏡； 所述兩個(gè)聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，每個(gè)聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面； 所述二向色性濾光片能反射波長(zhǎng)小于410nm的光，并能透射波長(zhǎng)大于等于410nm的光; 所述光源與熒光探頭中的準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、第一聚焦透鏡構(gòu)成一條激發(fā)光路，該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源為出發(fā)點(diǎn)，再?gòu)臏?zhǔn)直透鏡的發(fā)散光入射面進(jìn)入并穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡，再依次先穿過(guò)窄帶通濾光片，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片，再經(jīng)二向色性濾光片以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第一聚焦透鏡，再穿過(guò)第一聚焦透鏡； 所述光柵光譜儀與熒光探頭中的第一聚焦透鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡構(gòu)成一條信號(hào)檢測(cè)光路，該信號(hào)檢測(cè)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡為出發(fā)點(diǎn)，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過(guò)二向色性濾光片、邊通濾光片后，從第二聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進(jìn)入第二聚焦透鏡，再穿過(guò)第二聚焦透鏡后進(jìn)入光柵光譜儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光柵光譜儀包括狹縫器件、信號(hào)光反射鏡、反射式閃耀平場(chǎng)光柵、反射聚光鏡、圖像傳感器； 所述信號(hào)檢測(cè)光路穿過(guò)第二聚焦透鏡后，先穿過(guò)狹縫器件，再依次由信號(hào)光反射鏡反射至反射式閃耀平場(chǎng)光柵，由反射式閃耀平場(chǎng)光柵反射至反射聚光鏡，由反射聚光鏡反射至圖像傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述窄帶通濾光片的入射角為O度，窄帶通濾光片允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為400 410nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述邊通濾光片的入射角為O度，邊通濾光片允許透過(guò)的光波波長(zhǎng)為421.5 900nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光源是一能發(fā)射波長(zhǎng)為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器。
全文摘要
一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測(cè)裝置，涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有技術(shù)熒光采集效率低，對(duì)熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求高的技術(shù)問(wèn)題。該裝置，包括光源、熒光探頭、光柵光譜儀；所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個(gè)聚焦透鏡；各部件構(gòu)成一條激發(fā)光路、一條信號(hào)檢測(cè)光路一條；激發(fā)光路以光源為出發(fā)點(diǎn)，再依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片，再穿過(guò)第一聚焦透鏡；信號(hào)檢測(cè)光路以第一聚焦透鏡為出發(fā)點(diǎn)，再依次穿過(guò)二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡，再進(jìn)入光柵光譜儀。本發(fā)明提供的，特別適用于量子點(diǎn)、水質(zhì)、珠寶等熒光物質(zhì)的熒光光譜檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103196879SQ20131008954
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者于永愛(ài), 徐程 申請(qǐng)人:上海如海光電科技有限公司