分光光度计检测系统及其检测方法转让专利
申请号 : CN201811542110.5
文献号 : CN111323380B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 陈巍 , 祝铭 , 李剑平 , 张亮 , 周志盛 , 梁元博 , 赵强星 , 周轩 , 吕建成
申请人 : 中国科学院深圳先进技术研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种分光光度计检测系统,其特征在于,包括:光源装置(10),用于提供入射光束;
样品容纳装置(20),包括多个用于容纳待测样品的容置腔;
光束扫描装置(30),用于将入射光束反射穿过所述容置腔;
光谱探测装置(40),用于接收穿过所述容置腔的光束,并获取穿过所述容置腔的光束的光谱;
驱动装置(50),用于驱动所述光束扫描装置(30)转动,进行分时地空间扫描,以分时、分空间地将入射光束反射穿过各个容置腔;
所述光谱探测装置(40)包括:
多条多模光纤(41),每条多模光纤(41)包括相对的第一端面(41a)和第二端面(41b),所述多条多模光纤(41)的第二端面(41b)呈线性排列,所述第一端面(41a)和所述容置腔一一对应,所述第一端面(41a)用于接收穿过对应的所述容置腔的光束;
光纤光谱仪(42),其入射狭缝与线性排列的多个第二端面(41b)对合,所述光纤光谱仪(42)用于接收所述第二端面(41b)出射的光束;
所述分光光度计检测系统还包括第二透镜(80),所述第二透镜(80)用于将穿过对应的所述容置腔的光束聚焦至所述第一端面(41a)上,且所述第一端面(41a)位于所述第二透镜(80)的焦点处,所述第一端面(41a)与穿过对应的所述容置腔的光束的光轴垂直。
2.根据权利要求1所述的分光光度计检测系统,其特征在于,分光光度计检测系统还包括:多个反射镜(60),所述反射镜(60)与所述容置腔一一对应,所述反射镜(60)用于将所述光束扫描装置(30)反射入射光束至其上的光束反射穿过对应的所述容置腔。
3.根据权利要求2所述的分光光度计检测系统,其特征在于,所述光源装置(10)包括:发光元件(11),用于发射入射光束;
光束整形器(12),用于将所述发光元件(11)发射的入射光束进行准平行整形。
4.根据权利要求1所述的分光光度计检测系统,其特征在于,分光光度计检测系统还包括:具有正屈光力的第一透镜(70),所述第一透镜(70)的焦点与所述光束扫描装置(30)的中心重合,所述第一透镜(70)用于将所述光束扫描装置(30)分时地反射入射光束至其上的光束反射穿过各个容置腔。
5.根据权利要求4所述的分光光度计检测系统,其特征在于,所述光源装置(10)包括:发光元件(11),用于发射入射光束;
具有正屈光力的光学元件组(13),用于将所述发光元件(11)发射的入射光束聚焦到所述光束扫描装置(30)的中心上。
6.根据权利要求1所述的分光光度计检测系统,其特征在于,所述样品容纳装置(20)包括容纳盘(21)、第一窗盖(22)和第二窗盖(23),所述容纳盘(21)中设置有多个贯穿所述容纳盘(21)的相对的第一表面和第二表面的通孔(21a),所述第一窗盖(22)设置于所述第一表面上,所述第二窗盖(23)设置于所述第二表面上,从而形成多个所述容置腔。
7.一种液体原位分光光度计检测系统,其特征在于,包括外壳(90)和权利要求1至6任一项所述的分光光度计检测系统,所述分光光度计检测系统设置于外壳(90)内,所述外壳(90)部分凹陷形成液体原位测量窗口(91),所述液体原位测量窗口(91)的相对两侧分别设置有第一透光部(92)和第二透光部(93),所述光束扫描装置(30)还用于将入射光束反射依次穿过所述第一透光部(92)和所述第二透光部(93),所述光谱探测装置(40)还用于接收穿过所述第二透光部(93)的光束,并获取所述第二透光部(93)的光束的光谱。
8.一种如权利要求1至6任一项所述的分光光度计检测系统的检测方法,其特征在于,所述检测方法包括:
光源装置(10)提供入射光束;
光束扫描装置(30)将入射光束反射穿过样品容纳装置(20)的容置腔,其中,所述样品容纳装置(20)的容置腔中包含待测样品以及参比样品;
光谱探测装置(40)接收穿过所述容置腔的光束,并获取穿过所述容置腔的光束的光谱,其中,所述光谱包括待测样品的光谱以及所述参比样品的光谱;
根据待测样品的光谱以及所述参比样品的光谱得到待测样品的吸收光谱。
说明书 :
分光光度计检测系统及其检测方法
技术领域
背景技术
吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。具体公式为:A=LgI/I0)=A×b×c,其中A为吸光
度,I为透过光强度,I0为入射光强度,b为吸收路径的长度,c为吸光物质的浓度。
结构的吸收光谱仪的稳定性。再则,这些光源的光谱输出特性不够稳定,即在不同波长的输
出会出现比例差异。这种光源能量输出以及光谱输出的不稳定性会给分时测量的光谱引入
误差。科学仪器检测中常用加入参比光路的方法来消除光源能量输出以及光谱输出的不稳
定性给测量结果带来的影响。参比光路与包含样品的检测光路相比,一般是不含任何溶质
成分的溶剂。先测量包含样品的测试光路然后移动样品池测量参比光路。将朗伯‑比尔定律
应用在有参比的光谱测量中,表达式为: Absλ表示在波长为λ位置的吸
光度,I0λ表示参比光路采集的光谱;Iλ为信号光路采集的光谱。通过这种光谱相减的方式消
除光源不稳定对实验结果的影响。
了系统的测量精度;第二是依靠多个光源或者光谱检测模块来实现参比光路与样品光路的
同时采集。这种方式会带入新的误差,降低测量精度,如不同光源的特性差异、不同光谱检
测模块的光谱响应差异。另外,双光源或双光谱检测模块也大大提高了分光光度计检测系
统的成本。
以满足测量时间在毫秒量级完成,就几乎可以忽略由于水流带来的水体成分变化。再则,在
有参比光路的分光光度计中,测量时间还决定了参比光路和样品光路在先后测量中,光源
的不稳定性对两次测量结果的影响,最终影响探测精度。综上,测量快速是分光光度计的核
心特性之一。
动到光路位置上进行测量。整个过程样品通道越多耗时越长,“5连池”结构的一次测量要在
分钟量级,并且占用了大量的空间,使系统很难小型化。
发明内容
述容置腔。
入射光束至其上的光束反射穿过各个容置腔。
一表面上,所述第二窗盖设置于所述第二表面上,从而形成多个所述容置腔。
穿过对应的所述容置腔的光束;
量窗口,所述液体原位测量窗口的相对两侧分别设置有第一透光部和第二透光部,所述光
束扫描装置还用于将入射光束反射依次穿过所述第一透光部和所述第二透光部,所述光谱
探测装置还用于接收穿过所述第二透光部的光束,并获取所述第二透光部的光束的光谱。
探测精度,另外可以使结构更加紧凑便于集成,同时降低了成本。
附图说明
具体实施方式
限定本发明。
射光束,样品容纳装置20包括多个用于容纳待测样品的容置腔,光束扫描装置30用于将入
射光束反射以穿过容置腔,光谱探测装置40用于接收穿过容置腔的光束,并获取穿过容置
腔的光束的光谱。
装置50用于分时地驱动光束扫描装置30进行转动,以使光束扫描装置30分时地反射入射光
束。
孔21a,第一窗盖22设置于第一表面上,第二窗盖22设置于第二表面上,从而形成多个容置
腔。进一步地,多个通孔21a呈阵列排布,形成蜂窝状结构。通孔21a的横截面形状为正六边
形,容纳盘21的形状为圆柱体形。容纳盘21的厚度优选为10mm,通孔21a的外接圆直径为
5mm,容纳盘21的材料采用普通玻璃材料,第一窗盖22和第二窗盖23的材料优选为紫外熔融
石英材料制成。进一步地,第一窗盖22和第二窗盖23均采用可拆卸设计,装样的时候将第一
窗盖22打开,将不同的液体样品注满各个通孔21a中,然后将第一窗盖22盖好,最后将样品
容纳装置20放回系统中进行测量,清洗的时候同时将第一窗盖22和第二窗盖23取下清洗。
11优先采用闪烁氙灯。进一步地,分光光度计检测系统还包括多个反射镜60,反射镜60与容
置腔一一对应,反射镜60用于将光束扫描装置30反射入射光束至其上的光束反射穿过对应
的容置腔。其中,反射镜60表面和光束扫描装置30的反射表面均镀有紫外增强反射膜。经过
上述反射镜60和光束扫描装置30的作用,这样可使得入射光束准平行地穿过容置腔。
端面41b呈线性排列,第一端面41a和容置腔一一对应,第一端面41a用于接收穿过对应的容
置腔的光束。光纤光谱仪42的入射狭缝与线性排列的多个第二端面41b对合,光纤光谱仪42
用于接收第二端面41b出射的光束。
面41a与穿过对应的容置腔的光束的光轴垂直。其中,第二透镜80的直径大于容纳盘21的外
直径。
检测过程。
后变成准平行光。准平行光束经过光学扫描装置20后被反射到反射镜60。反射镜60将光束
中至容置腔,光束穿过容置腔中的第一待测样品。光束穿过第一待测样品后到第二透镜80,
第二透镜80用于将穿过对应的容置腔的光束聚焦至第一端面41a上。光束在多模光纤41中
穿过,从第二端面41b出射。光纤光谱仪42的入射狭缝与第二端面41b的重合,并且狭缝方向
与多个第二端面41b线性排列的方向相同。最后经过数据分析获得测量结果,得到第一光
谱。第二测量时,光纤光谱仪42发出第二触发信号,首先触发光学扫描装置20到达第二预设
角度,后续步骤跟第一次测量时相同,最终得到第二光谱。依次类推,经过多次测量后可完
成多个待测样品的测试,其中多个待测样品的其中一个样品为参比样品。
光束,光学元件组13用于将发光元件11发射的入射光束聚焦到光束扫描装置30的中心上。
进一步地,分光光度计检测系统还包括具有正屈光力的第一透镜70,第一透镜70的焦点与
光束扫描装置30的中心重合,第一透镜70用于将光束扫描装置30分时地反射入射光束至其
上的光束反射穿过各个容置腔。这样可使得入射光束准平行地穿过容置腔。本实施例二的
其他部分与实施例一的内容相同,在此不进行赘述。
后被聚焦到光束扫描装置30的中心上。光束扫描装置30将光束反射至第一透镜70,光束经
过第一透镜70变成准平行光束,光束穿过容置腔中的第一待测样品。光束穿过第一待测样
品后到第二透镜80,第二透镜80用于将穿过对应的容置腔的光束聚焦至第一端面41a上。光
束在多模光纤41中穿过,从第二端面41b出射。光纤光谱仪42的入射狭缝与第二端面41b的
重合,并且狭缝方向与多个第二端面41b线性排列的方向相同。最后经过数据分析获得测量
结果,得到第一光谱。第二测量时,光纤光谱仪42发出第二触发信号,首先触发光学扫描装
置20到达第二预设角度,后续步骤跟第一次测量时相同,最终得到第二光谱。依次类推,经
过多次测量后可完成多个待测样品的测试,其中多个待测样品的其中一个样品为参比样
品。
提高系统探测精度,另外可以使结构更加紧凑便于集成,同时降低了成本。
内,所述外壳90部分凹陷形成液体原位测量窗口91,所述液体原位测量窗口91的相对两侧
分别设置有第一透光部92)和第二透光部93,所述光束扫描装置30还用于将入射光束反射
依次穿过所述第一透光部92和所述第二透光部93,所述光谱探测装置40还用于接收穿过所
述第二透光部93的光束,并获取所述第二透光部93的光束的光谱。
其长度与液体原位测量窗口91相同。光束扫描装置30用于将入射光束反射以穿过样品容纳
装置20或者液体原位测量窗口91,光谱探测装置40用于接收穿过容置腔的光束,并获取穿
过容置腔的光束的光谱。
11优先采用闪烁氙灯。
中,反射镜60表面和光束扫描装置30的反射表面均镀有紫外增强反射膜。经过上述反射镜
60和光束扫描装置30的作用,这样可使得入射光束准平行地穿过样品容纳装置20或者液体
原位测量窗口90。
检测过程。
变成准平行光。准平行光束经过光学扫描装置30后被反射到反射镜60。反射镜60将光束中
至样品容纳装置20,光束穿过容置腔中的待测液体的纯溶剂。光束穿过样品容纳装置20后
到第二凸透镜80,用于将穿过对应的容置腔的光束聚焦至Y型光纤的第一端面上。光束在多
模光纤41中穿过,从第二端面出射。光纤光谱仪42的入射狭缝与Y型光纤41的第二端面重
合。最后经过数据分析获得测量结果,得到第一光谱。待测液体原位测量时,光纤光谱仪42
发出第二触发信号,首先触发光学扫描装置30到达第二预设角度,后续步骤跟第一次测量
时相同,最终得到第二光谱。将第二光谱与第一光谱相减得到待测液体的原位吸收光谱。
术人员而言,只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内,一
切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。