專利名稱：吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器。
背景技術(shù)：
吸收光譜檢測原理在于選定波長的光透過含有被測物的樣品，測定透射光強度變化，并 根據(jù)郎伯比爾定律來確定分析物在樣品中的濃度。眾多的分析方法和儀器中，典型的例子可 參閱PCT專利申請文獻W02004025233 。與此類似，熒光光譜的檢測原理在于樣品中熒光染色劑在輻射光作用下激發(fā)出熒光并根 據(jù)熒光強度和波長遷移以及被測物所對應(yīng)熒光光譜來確定被測物在樣品中的濃度。用此原理 建立起來的方法和制造的儀器，典型可見美國專利文獻US4877965和US5196709。吸收光譜的檢測早已是被廣泛采用在化學(xué)、生化、醫(yī)學(xué)及其它工業(yè)應(yīng)用中的常規(guī)分析手 段之一。熒光光譜檢測典型應(yīng)用則在生化樣品測試方面。通常生化樣品在熒光分析中使用的 量比較少，例如核酸和蛋白質(zhì)測試。而熒光光譜檢測的特點是可以把背景干擾減少到最低。 例如美國專利文獻US4006360、 US4341957和US4791310有相關(guān)的描述。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述問題，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)同步和同時進行吸收 光和熒光檢測，并可對分析物的結(jié)果進行相關(guān)分析的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器。 本發(fā)明的技術(shù)方案吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，包括輻射光源、比色皿和微處理器，位置互為九十度且 與所述微處理器相連的吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊，所述微處理舉通過脈沖驅(qū)動電 路與所述輻射光源相連，所述比色皿與所述輻射光源、吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊 之間分別設(shè)有聚焦鏡；所述微處理器，用于設(shè)定且輸出分別產(chǎn)生吸收光、熒光的脈沖時間間隔和脈沖強度的控 制指令；所述脈沖驅(qū)動電路，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，使所述輻射光源在不同的脈沖 時間中選擇不同的光波長和光強度輸出；所述吸收光傳感器模塊，包括與吸收光傳感器相連的放大電路，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，在吸收光的脈沖時間中將吸收光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到所述微處理器；所述熒光傳感器模塊，包括與熒光傳感器相連的放大電路，用于根據(jù)所述微處理器的控 制指令，在熒光的脈沖時間中將熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到所述微處理器。所述脈沖驅(qū)動電路包括開關(guān)控制電路和電流控制電路；所述開關(guān)控制電路中場效應(yīng)管的 輸入端與所述微處理器相連，輸出端與所述輻射光源相連；所述電流控制電路由與所述微處 理器相連的場效應(yīng)管及其外圍電路構(gòu)成。在所述聚焦鏡與所述吸收光傳感器之間可以設(shè)有光分離器。在所述聚焦鏡與所述熒光傳感器之間可以設(shè)有光分離器。所述吸收光傳感器為PiN光敏二極管、光電耦合陣列傳感器、光敏二極管陣列或光電真空管。所述熒光傳感器為PiN光敏二極管、光電耦合陣列傳感器、光敏二極管陣列或光電真空管。所述光分離器為濾波器、光柵或單色器。所述光電真空管為光電倍增管。還包括通過RS232接口與所述微處理器相連的PC機。所述輻射光源為單一光或一組混合光譜的輻射光源。所述輻射光源為兩種或兩種光譜以上的半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED或半導(dǎo)體激光器LD。所述半導(dǎo)體發(fā)光二極管為共振腔發(fā)光二極管RCLED。所述輻射光源的波長范圍是指400 1200nm。所述比色皿為流動體比色皿。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器由于采用帶有操作視窗的PC機能自動搜集數(shù)據(jù)、顯 示、反饋多個控制點、調(diào)制脈沖時間，通過具有數(shù)字信號集中處理功能的微處理器發(fā)出工作 指令，控制具有選擇多種脈沖時間、選擇脈沖驅(qū)動輻射光源的波長和能量，使熒光傳感器、 吸收光傳感器處于待機狀態(tài)。在達到預(yù)設(shè)的條件時，脈沖驅(qū)動電路就會選擇性地使兩個以上 具有多波長和可調(diào)節(jié)亮度的半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED或半導(dǎo)體激光器LD中的一個輻射光源在 特定脈沖時間中輸出特定波長和光輻射強度的光信號。吸收光傳感器和熒光傳感器將來自比 色皿或流動體比色皿中被測物產(chǎn)生的吸收光和熒光進行光電轉(zhuǎn)換，并在微處理器中對電信號 放大、將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將數(shù)字信號傳輸給PC機，按檢測要求，進行集中處理， 再由PC機顯示和保存或發(fā)出打印信息。因此本發(fā)明能夠同時和同步檢測樣品中的多種被測物；將吸收光和熒光光譜的檢測合二 為一，而且能夠同時得到多種被測物的吸光度和熒光度；通過計算機可控制和分析整個檢測 過程；輻射光源的波長可在指定的波長范圍內(nèi)任意選定。本發(fā)明不但可以單獨使用，而且可以裝備到高通量醫(yī)療診斷儀器上或大型自動分析系統(tǒng)中。


圖1 、兩種或兩種以上輻射光源產(chǎn)生矩形脈沖光信號的時間間隔和光強度示意圖。圖2、吸收光和熒光復(fù)合檢測的工作原理圖。圖3、吸收光測定的工作原理圖。圖4、熒光測定的工作原理圖。圖5、本發(fā)明的一實施例。圖6、吸收光和熒光復(fù)合檢測器的邏輯框圖。
具體實施方式
根據(jù)附圖6，吸收光和熒光復(fù)合檢測器由脈沖驅(qū)動電路、輻射光源、比色皿、吸收光傳感 器模塊、熒光傳感器模塊、微處理器和PC機組成。脈沖驅(qū)動電路是輻射光源的驅(qū)動源電路，實現(xiàn)多種脈沖時間、脈沖輻射光源的波長和能 量的選擇。輻射光源由半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED或激光器LD組成，在脈沖驅(qū)動指令下，可選擇和輸出 特定波長和光強度的光信號。吸收光傳感器模塊由吸收光傳感器PiN光敏二極管和放大電路組成，可根據(jù)脈沖時間的不 同測定多種吸收光。熒光傳感器模塊由熒光傳感器PiN光敏二極管和放大電路組成，可根據(jù)脈沖吋間的不同測 定多種熒光測定。并且吸收光傳感器和熒光傳感器成90度，如圖2所示。微處理器根據(jù)檢測要求，對輻射光源設(shè)定脈沖時間的間隔和控制光強度；在吸收光和熒 光測定過程中，按設(shè)定的時間"窗口"進行傳感器時間開關(guān)及吸收光和熒光的自動分離、驅(qū) 動、同步復(fù)合和多波長控制選擇；對測試數(shù)據(jù)進行處理，并傳送到PC機上分析測試結(jié)果和顯 示測試數(shù)據(jù)。PC機可設(shè)置和操作按鈕和發(fā)出工作指令；設(shè)置微處理器按需發(fā)出脈沖時間的間隔、輻射 光源的波長和光強度；控制、分析整個檢測過程、三維顯示和存儲被測物處理檢測結(jié)果；實現(xiàn)與微處理器的接口。在吸收光和熒光同步復(fù)合檢測的過程中，輻射光源發(fā)射出選定波長的光作為被測物的吸 收光源，同時該選定波長的光也是激發(fā)被測物中熒光染色劑的光源。其中第一選定波長的光 源對應(yīng)于第一種被測物的吸收光譜；第二選定波長的光對應(yīng)于第二種被測物的吸收光譜，并 以此類推。第一選定波長的光源激發(fā)出對應(yīng)于第一種被測物的熒光光譜，第二選定波長的光 源激發(fā)出對應(yīng)于第二種被測物的熒光光譜，并以此類推。輻射光源受脈沖驅(qū)動電路控制產(chǎn)生 的矩形脈沖光的時間間隔和光強度如圖l所示。其中，、為第一選定波長的輻射光源，人2為第 二選定波長的輻射光源；^為第一選定波長輻射光脈沖對吸收光測定的時間，t2為第一選定波 長輻射光脈沖對熒光測定的時間長度；t3為第二選定波長輻射光脈沖對吸收光測定的時間長度，t4為第二選定波長輻射光脈沖對熒光測定的時間長度。吸收光傳感器接收被測物的透射光即吸收光，并與對應(yīng)輻射光源的脈沖時間間隔同步。 熒光的光敏傳感器接接被測物的激發(fā)光即熒光，并與對應(yīng)輻射光源的脈沖時間間隔同步。圖l吸收光測定的工作原理根據(jù)圖3、 5所示，當(dāng)?shù)谝贿x定波長激光器或等同的發(fā)光器件發(fā) 射出兩種不同能量和時間間隔的脈沖光束，其中，通過聚焦鏡l(0:lOmm, f:25mm)將脈沖l(能 量較低)光聚焦成一束輻射光透射過比色皿4中的被測物，再通過聚焦鏡2(0:15mm, f:20mm)將 吸收光聚焦成一光束傳到吸收光傳感器PiN光敏二極管D4上。其中人,為第一選定波長輻射光 透過樣品的光強度，人2為第二選定波長輻射光透過樣品的光強度；t,'為第一選定波長輻射光 脈沖對吸收光測定的時間長度，t2'為第二選定波長輻射光脈沖對吸收光測定的時間長度。熒光測定的工作原理根據(jù)圖4、 5所示，當(dāng)?shù)谝贿x定波長激光器或等同的發(fā)光器件發(fā)射 出兩種不同能量和時間間隔的脈沖光束，其中，通過聚焦鏡l(0lOmm, f:25mm)將脈沖2(能量 較高)光聚焦成一束輻射光激發(fā)比色皿4中的被測物中的熒光物染色劑產(chǎn)生熒光，再通過聚焦 鏡3(0:15mm,f:2Omm)將熒光聚焦成一光束傳到熒光傳感器光電倍增管D5上。其中入,'為第一 選定波長輻射光激發(fā)出樣品的熒光強度，M'為第二選定波長輻射光激發(fā)出樣品的熒光強度； t2'為第一選定波長輻射光激發(fā)出樣品的熒光脈沖時間，V為第二選定波長輻射光激發(fā)出樣品 的熒光脈沖時間。根據(jù)上述吸收光、熒光測定的工作原理，第二選定波^:的激光器(或等同的發(fā)光器件)同 樣發(fā)射出兩種不同能量和時間間隔脈沖光束，對另外一種被測物的吸收光和熒光進行檢測。 對第三、第四選定波長激光器可以進行同樣控制達到檢測樣品中其它被測物。在檢測過程中，輻射光的能量可以通過PC機、微處理器按實際檢測需要進行調(diào)制和控制輸出。檢測吸收光所需輻射光的能量一般是熒光檢測輻射光能量的三分之一。比如，第一時 間矩形脈沖輻射光作為吸收光檢測之用，第二時間矩形脈沖輻射光作為熒光檢測之用。如果作為光譜分析，可以通過濾波器、光柵或單色器或類似功能的光分離元件，將吸收 光和熒光光譜聚集在光電耦合陣列傳感器上，例如，光電耦合矩陣CCD，互補性氧化金屬半 導(dǎo)體傳感器CMOS，可以得到比較精確光譜強度分布圖。由于每一種被測物的吸收光和熒光光譜是已知的，而一個純參比樣品首先用作樣品在輻射光作用下產(chǎn)生吸收光和熒光光譜可以進行波譜對比和此數(shù)據(jù)進行儲存,所以在樣品檢測過 程中，從已知的數(shù)據(jù)通道上，對被測物吸收光和熒光光譜的形狀可以判斷被測物混合峰的特 征峰形，并用相應(yīng)軟件可以對此峰形進行定性、定量對比分析。在這一過程中，光電耦合陣 列器件可以只收集一段對應(yīng)被測物吸收光和熒光測定中狹窄的波長范圍，如400 1200nm的 波長范圍。對這一應(yīng)用，可選擇高密度、快速光敏傳感器。如混合光電耦合矩列CMOS-CCD、 光敏二極管陣列PDA。在同一計算機時鐘基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，光傳感器和輻射光源由微處理器來 完成光信號的發(fā)射和接收，并與計算機連接，達到整個過程自動化控制和完成。也可選擇單一光敏傳感器，如光電倍增管或光敏二極管來代替光電耦合矩陣CCD，成本 更低，操作更容易。本發(fā)明既可以采用普通比色皿也可以采用流動體比色皿；可以按照實際檢測需要既可以 作為單獨進行吸收光的檢測或熒光檢測，也可以二者同時、同步進行。本發(fā)明的復(fù)合輻射光源控制和光信號讀取一實施例，如圖5所示，微處理器U1指令N通道 的場效應(yīng)管U9、 U10和U11開通發(fā)光二極管D1、 D2和D3。微處理器控制給開通的發(fā)光二極管 Dl、 D2和D3的最大電流，并通過N通道的場效應(yīng)管U5,U6,U7和U8來實現(xiàn)"開通"和"斷開"。 電阻R1、 R2、 R3、 R4和R5的阻抗值取決于給開通發(fā)光二極管D1、 D2和D3的最大電流。微處 理器U1中四個數(shù)據(jù)輸出端口連接電阻R2、 R3、 R4和R5。因此，整個系統(tǒng)可以設(shè)定16層不同 輻射光強度控制。在開通的發(fā)光二極管D1、 D2或D3的脈沖時間中，微處理器U1的模數(shù)字轉(zhuǎn)換A/D收到來自 吸收光放大器U3或熒光放大器U4的模擬信號并將這些信號數(shù)字化。微處理器U1通過通訊口 RS232傳輸所有數(shù)字信號給PC機，并接收來自PC機控制發(fā)光二極管D1、 D2和D3電流大小、 脈沖時間間隔、放大器U3或U4增益的控制指令。由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，包括輻射光源、比色皿和微處理器，其特征在于還包括位置互為九十度且與所述微處理器相連的吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊，所述微處理器通過脈沖驅(qū)動電路與所述輻射光源相連，所述比色皿與所述輻射光源、吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊之間分別設(shè)有聚焦鏡；所述微處理器，用于設(shè)定且輸出分別產(chǎn)生吸收光、熒光的脈沖時間間隔和脈沖強度的控制指令；所述脈沖驅(qū)動電路，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，使所述輻射光源在不同的脈沖時間中選擇不同的光波長和光強度輸出；所述吸收光傳感器模塊，包括與吸收光傳感器相連的放大電路，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，在吸收光的脈沖時間中將吸收光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到所述微處理器；所述熒光傳感器模塊，包括與熒光傳感器相連的放大電路，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，在熒光的脈沖時間中將熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到所述微處理器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述脈沖驅(qū)動電路包 括開關(guān)控制電路和電流控制電路；所述開關(guān)控制電路中場效應(yīng)管的輸入端與所述微處理器 相連，輸出端與所述輻射光源相連；所述電流控制電路由與所述微處理器相連的場效應(yīng)管 及其外圍電路構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于在所述聚焦鏡與所述 吸收光傳感器之間設(shè)有光分離器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于在所述聚焦鏡與所述 熒光傳感器之間設(shè)有光分離器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述吸收光傳感器為 PiN光敏二極管、光電耦合陣列傳感器、光敏二極管陣列或光電真空管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述熒光傳感器為PiN 光敏二極管、光電耦合陣列傳感器、光敏二極管陣列或光電真空管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述光分離器為濾 波器、光柵或單色器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述光電真空管為光電倍增管。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于還包括通過RS232接口與所述微處理器相連的PC機。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述輻射光 源為單一光或一組混合光譜的輻射光源。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述輻射光源為兩 種或兩種光譜以上的半導(dǎo)體發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述半導(dǎo)體發(fā)光二 極管為共振腔發(fā)光二極管。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述輻射光源的波長范圍是指400 1200nm。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器，其特征在于所述比色皿為流動體比色皿。
全文摘要
本發(fā)明涉及吸收光和熒光光譜復(fù)合檢測器。它包括輻射光源、比色皿和微處理器，位置互為九十度且與所述微處理器相連的吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊，所述微處理器通過脈沖驅(qū)動電路與所述輻射光源相連，所述比色皿與所述輻射光源、吸收光傳感器模塊和熒光傳感器模塊之間分別設(shè)有聚焦鏡。輻射光源能夠選擇性地發(fā)射出兩種或兩種以上不同波長的脈沖光。各種選定波長的光源對應(yīng)于各種被測物的吸收光譜和熒光光譜特征。光電轉(zhuǎn)換將各種被測物的吸收光和熒光信號擇時和擇地輸出到個人計算機中；從而解決了對樣品中各種被測物的吸收光和熒光不能進行同時和同步復(fù)合檢測的問題。
文檔編號G01N21/00GK101236153SQ200810043038
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者胡思鈞 申請人:上海敏檢光電有限公司