本發(fā)明屬于光譜分析技術領域，具體涉及一種透反組合式熒光倍增比色皿。

背景技術：

比色皿（又名吸收池、樣品池）是光譜分析儀器的重要配件，進行物質(zhì)定量或定性分析時用來盛放樣品液和參比液，廣泛應用于化工、醫(yī)療、冶金、食品、環(huán)保、水電和石油等行業(yè)，以及大專院校和科研院所的測試化驗。比色皿一般選用石英玻璃和光學玻璃，采用高溫熔融一體、玻璃粉高溫燒結等工藝制成。

基于受激輻射的原理，盛放在比色皿樣品槽中的樣品液，在泵浦光作用下輻射出的熒光，是向著各個方向隨機發(fā)散輻射的。因此傳統(tǒng)比色皿樣品槽中受激輻射的熒光，通常只有一小部分耦合傳導到后端的光敏器件中，這就造成了熒光檢測的靈敏度不高，分辨率較低的問題。

為了提高熒光檢測的靈敏度和分辨率，檢測儀器通常需要增加光電倍增管等器件。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對以上的實際問題，提供一種新型比色皿，在光譜分析中能代替光電倍增管實現(xiàn)熒光信號放大的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種透反組合式熒光倍增比色皿，包括玻璃基底、泵浦光入射鏡、弧面反射鏡和弧面透射鏡，所述比色皿由玻璃基底、泵浦光入射鏡、弧面反射鏡和弧面透射鏡合成一體，中間圍成一個長方體型樣品槽，底部為玻璃基底，樣品槽的前側和后側均為泵浦光入射鏡，左側為弧面反射鏡，右側為弧面透射鏡。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述泵浦光入射鏡均為長方體型玻璃透鏡，在樣品槽的中軸線兩側呈對稱設置。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面反射鏡和弧面透射鏡由摻雜稀土元素離子的玻璃構成。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面反射鏡和弧面透射鏡均是單邊圓弧面在外側、單邊平直面在里側的結構。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面反射鏡和弧面透射鏡的橫剖面結構均是中間厚、邊緣薄的對稱凸透鏡結構。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面反射鏡和弧面透射鏡的平直面均是樣品槽的一個構成面。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面反射鏡的圓弧面是鍍有鏡面反射材料的凹面反射鏡，凹面反射鏡面朝向樣品槽。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述弧面透射鏡的圓弧面鍍有增透膜。

上述技術方案中，優(yōu)選的，所述增透膜厚度為樣品槽中樣品液或參比液激發(fā)熒光波長的四分之一。

有益效果：1、本發(fā)明利用比色皿弧面反射鏡的反射、聚焦準直作用，將投射到弧面反射鏡一側的熒光，反射、匯聚到弧面透射鏡一側，增加弧面透射鏡輸出的熒光強度，并且使弧面透射鏡輸出的熒光能量更加集中。

2、利用比色皿弧面透射鏡的聚焦準直作用，將投射到弧面透射鏡的熒光匯聚輸出，使弧面透射鏡輸出的熒光能量更加集中。

3、在弧面反射鏡和弧面投射鏡的玻璃中摻雜稀土元素離子，利用稀土元素離子的受激輻射原理，當熒光在透鏡玻璃中傳導時，將泵浦光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒獾哪芰?，實現(xiàn)熒光能量的高增益放大。通過控制弧面反射鏡和弧面透射鏡玻璃中稀土元素離子的摻雜濃度、泵浦光強度，實現(xiàn)熒光放大增益倍數(shù)的控制。

4、弧面透射鏡的弧面鍍有增透膜，減少透鏡鏡面對熒光的反射能量損耗，增加弧面透射鏡輸出的熒光強度。

綜上所述，本發(fā)明利用玻璃的透射和反射原理、凸透鏡對光線的準直聚焦功能，提高熒光到后端光敏器件的耦合傳導效率；采用摻雜稀土離子的玻璃構成比色皿，利用稀土離子受激輻射的光放大原理，實現(xiàn)熒光信號的可控增益放大，能替代光電倍增管實現(xiàn)信號放大的目的。本發(fā)明提供的比色皿在進行分析時，既能提高熒光檢測的靈敏度和分辨率，提高檢測準確率，又能減少檢測儀器的配件，減少檢測成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體結構圖；

圖2為本發(fā)明的透視結構圖；

圖3A為本發(fā)明的正視圖，3B為本發(fā)明的左視圖，3C為本發(fā)明的俯視圖；

圖4為熒光激發(fā)示意圖（其中a為測試樣品離子，b為泵浦光，c為熒光光子）；

圖5為熒光在弧面反射鏡中的反射和放大過程示意圖（其中a為測試樣品離子，b為泵浦光，c為熒光光子，d為稀土元素離子）；

圖6為熒光在弧面透射鏡中的傳導和放大過程示意圖（其中a為測試樣品離子，b為泵浦光，c為熒光光子，d為稀土元素離子）。

具體實施方式

下面，結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1-3所示，本發(fā)明提供的一種透反組合式熒光倍增比色皿，包括玻璃基底1、泵浦光入射鏡2、弧面反射鏡3和弧面透射鏡4，所述比色皿由玻璃基底1、泵浦光入射鏡2、弧面反射鏡3和弧面透射鏡4膠合成一體，中間圍成一個長方體型樣品槽5，底部為玻璃基底1，樣品槽5的前側和后側均為泵浦光入射鏡2，左側為弧面反射鏡3，右側為弧面透射鏡4。

如圖1-3所示，玻璃基底1的下表面和比色皿頂部的上表面為磨毛玻璃。比色皿頂部的上表面由三個面組成，分別為泵浦光入射鏡2、弧面反射鏡3和弧面透射鏡4圍成的一個上平面和兩個對稱的斜面構成。泵浦光入射鏡2均為長方體型玻璃透鏡，在樣品槽5的中軸線兩側呈對稱設置?；∶娣瓷溏R3和弧面透射鏡4由摻雜稀土元素離子的玻璃構成，均是單邊圓弧面在外側、單邊平直面在里側的結構，橫剖面結構均是中間厚、邊緣薄的對稱凸透鏡結構?；∶娣瓷溏R3和弧面透射鏡4的平直面均是樣品槽5的一個構成面。

弧面反射鏡3的圓弧面是鍍有鏡面反射材料的凹面反射鏡，凹面反射鏡面朝向樣品槽。

弧面透射鏡4的圓弧面鍍有增透膜，增透膜厚度為樣品槽中樣品液或參比液激發(fā)熒光波長的四分之一。

本發(fā)明提供的透反組合式熒光倍增比色皿，在工作時，如圖4所示，在樣品槽中盛放樣品液（或參比液），特定波長的泵浦光透過比色皿的泵浦光入射鏡2，投射到樣品槽5；樣品液中的元素離子即測試樣品離子a被泵浦光b激發(fā)，電子吸收泵浦光b能量之后從基態(tài)躍遷到能階更高的激發(fā)態(tài)；由于處于激發(fā)態(tài)電子是不穩(wěn)定的，因此電子會隨即從激發(fā)態(tài)躍遷回低能階的基態(tài)，能量會以光的形式釋放，也就是向四周散射熒光光子c。

弧面反射鏡3和弧面透射鏡4中摻雜的稀土元素離子，具有基態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)等能階，其中激發(fā)態(tài)的能階高于亞穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)的能階高于穩(wěn)態(tài)。亞穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)之間的能量差，等于圖4中樣品液被泵浦光b激發(fā)的熒光光子c的能量。

如圖5和圖6所示，特定波長的泵浦光b，透射到弧面反射鏡3和弧面透射鏡4的玻璃中。摻雜在玻璃中稀土元素離子d吸收了泵浦光b能量后，電子從基態(tài)躍遷到能階更高的激發(fā)態(tài)，隨即釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)。足夠強度的泵浦光b，透射到弧面反射鏡3和弧面透射鏡4的玻璃中，玻璃中摻雜的稀土元素離子d發(fā)生居量反轉(zhuǎn)，使得處于高能階亞穩(wěn)態(tài)的電子數(shù)量多于低能階的基態(tài)電子。

樣品液受激發(fā)出的熒光光子c，輻射作用于處于亞穩(wěn)態(tài)的稀土元素電子d，導致電子從亞穩(wěn)態(tài)躍遷到能量更低的穩(wěn)態(tài)，同時輻射出與外來熒光光子c頻率、相位、偏振狀態(tài)、傳播方向完全相同的光子，實現(xiàn)了熒光光子c的倍增放大，如圖5和圖6所示。通過控制弧面反射鏡和弧面透射鏡玻璃中稀土元素離子d的摻雜濃度、泵浦光強度，實現(xiàn)熒光放大增益倍數(shù)的控制。

發(fā)散輻射到弧面反射鏡3一側的熒光光子，由于鏡面反射的作用，反向輻射到弧面透射鏡4一側；利用弧面反射鏡3所具有的凸透鏡準直功能，將發(fā)散的熒光光線匯聚輸出，提高弧面反射鏡3中心線鄰近區(qū)域的熒光強度。如圖5所示，熒光光子在弧面反射鏡玻璃的入射和反射過程中，基于泵浦光作用下的稀土離子受激輻射原理，實現(xiàn)了多次的光子數(shù)量倍增放大。

發(fā)散輻射到弧面透射鏡4一側的熒光光子，在穿過弧面透射鏡玻璃的過程中，如圖6所示；通過控制弧面透射鏡玻璃種稀土離子的摻雜濃度和泵浦光能量強度，可以實現(xiàn)熒光強度的可控增益放大。此外，利用弧面透射鏡4所具有的凸透鏡準直功能，將發(fā)散的熒光光線匯聚輸出，提高透射鏡中心線鄰近區(qū)域的熒光強度，實現(xiàn)熒光到后端傳感器的高效耦合傳導。