本發(fā)明涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多通道光纖型表面等離子共振譜儀。

背景技術(shù)：

表面等離子體是指金屬表面自由電子在外部電磁場的作用下發(fā)生的相干振蕩。當(dāng)金屬的自由電子受到光的電磁場擾動(dòng)時(shí)，電子的密度分布會(huì)變得不均，形成局部正電荷積累；在庫侖引力作用下，正電荷區(qū)域會(huì)將臨近的電子吸引過來，而由于電子在該過程中獲得額外動(dòng)量，又會(huì)使該區(qū)域過多積累負(fù)電荷；隨后電子間的斥力使其再次分開。該過程在極短的時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)，形成金屬表面電子的密度振蕩。表面等離子體可存在于金屬與電介質(zhì)的界面，由這種電荷密度振蕩產(chǎn)生的電磁場沿界面?zhèn)鞑?，形成表面等離子波。表面等離子波是偏振的橫波，場矢量垂直于波的傳播方向，平行于金屬與電介質(zhì)的界面，而且表面等離子波的場矢量在界面處達(dá)到最大值，并在兩側(cè)介質(zhì)中呈指數(shù)快速衰減。當(dāng)外部電磁場與表面等離子波的波矢量相匹配時(shí)，兩者會(huì)發(fā)生共振，外部電磁場的能量被表面等離子波吸收而發(fā)生很強(qiáng)烈的衰減，這種現(xiàn)象被稱為表面等離子共振。表面等離子波傳播界面的兩側(cè)介質(zhì)(尤其是臨近金屬表面處)的介電常數(shù)變化會(huì)影響外部電磁場在界面處的波矢量大小，從而改變激發(fā)表面等離子共振的條件(電磁波的波長和入射角度)。這也正是表面等離子共振技術(shù)可以用于生物傳感的理論依據(jù)，根據(jù)這個(gè)特性，當(dāng)生物分子反應(yīng)在金屬表面發(fā)生時(shí)，會(huì)使表面等離子共振激發(fā)條件隨之改變，通過檢測這種變化就可以反映生物分子反應(yīng)的過程。

表面等離子共振現(xiàn)象的研究源自20世紀(jì)初。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們又論證了表面等離子共振現(xiàn)象在生物化學(xué)檢測方面的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，biacoreab公司研制出了以表面等離子共振現(xiàn)象為核心的生物傳感芯片。與傳統(tǒng)的生化檢測方法相比，表面等離子共振分析檢測技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、靈敏度高、無需標(biāo)記等特點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

在光纖中，由于光線能以全反射的形式傳輸，我們可將光纖與表面等離子體共振技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展新型的光纖表面等離子體共振傳感器。與傳統(tǒng)的棱鏡結(jié)構(gòu)的spr傳感器相比，光纖spr傳感器具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：(1)體積小巧，重量輕便，可彎折，適用于復(fù)雜環(huán)境；(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用波長檢測方式，不易受機(jī)械結(jié)構(gòu)及光源強(qiáng)度波動(dòng)的影響；(3)使被測空間縮小到光纖直徑尺寸的數(shù)量級(jí)；(4)利用光纖的傳輸功能，可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離檢測；(5)具有非常好的電磁絕緣性；(6)便于實(shí)現(xiàn)傳感器陣列和光學(xué)集成。因此，該技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、食品衛(wèi)生、生物醫(yī)藥、生化檢測等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而目前，無論是棱鏡型還是光纖型，常見的表面等離子共振檢測儀器多為單通道或雙通道，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的多種不同指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有表面等離子體檢測儀器無法實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品不同指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行檢測的問題，本發(fā)明提供一種多通道光纖型表面等離子共振譜儀。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多通道光纖型表面等離子共振譜儀，包括：光路系統(tǒng)、液路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)、液路系統(tǒng)集成在一個(gè)機(jī)箱中。

所述光路系統(tǒng)包括：光源、多通道光纖轉(zhuǎn)換器、分束光纖、核心傳感器和光譜儀，所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器分別與所述光源、光譜儀及多根所述分束光纖連接；每根所述分束光纖分別與一個(gè)所述核心傳感器連接；每個(gè)核心傳感器分別插入所述多通道樣品池的一個(gè)傳感器插入口，并與樣品池中流過的待測液體接觸，獲得檢測信號(hào)；

所述液路系統(tǒng)包括多通道樣品池和廢液收集器，樣品依次流經(jīng)所述多通道樣品池，在所述核心傳感器上實(shí)現(xiàn)不同組分的檢測，最后流入所述廢液收集器；

所述控制系統(tǒng)為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其通過數(shù)據(jù)傳輸線控制所述光譜儀和多通道光纖轉(zhuǎn)換器，光源發(fā)出的光經(jīng)所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器進(jìn)行多通道光路之間的切換后經(jīng)多根所述分束光纖分別進(jìn)入各核心傳感器，在核心傳感器處發(fā)生表面等離子共振，所獲得的反饋信號(hào)經(jīng)分束光纖反射回所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器，由光譜儀采集信號(hào)后傳輸至所述計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理。

優(yōu)選的是，所述多通道樣品池包括池體、液路進(jìn)口、內(nèi)部液路、液路出口和傳感器插入口，所述液路進(jìn)口和液路出口分別與所述池體內(nèi)的內(nèi)部液路的兩端連通；所述傳感器插入口間隔設(shè)置有多個(gè)，所述各傳感器插入口的位置使得各傳感器的軸線共面且各傳感器在軸向方向上形成高度差，以避免相鄰傳感器的固定配件發(fā)生相互干涉；所述內(nèi)部液路由多段組成，每段液路由傳感段液路和串聯(lián)段液路構(gòu)成，所述串聯(lián)段液路連接相鄰兩傳感器的傳感段液路且與這兩段傳感段液路之間形成的夾角均為鈍角；每個(gè)所述傳感器插入口均與所述液路進(jìn)口和液路出口的方向垂直。

優(yōu)選的是，所述串聯(lián)段液路與相鄰傳感段液路形成的夾角均為135°。

所述多通道樣品池還可以由多個(gè)單獨(dú)的樣品池串聯(lián)而成。

優(yōu)選的是，所述光源采用dh-2000-bal型氘鎢光源；所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為mpm-20002x8型；所述分束光纖為的型號(hào)為split-400-vis-nir型；所述光譜儀的型號(hào)為usb2000+,200-850nm型。

本發(fā)明的共振譜儀具有以下有益效果：

本發(fā)明解決了普通光纖型表面等離子共振譜儀無法同時(shí)檢測多個(gè)指標(biāo)的問題，引入多通道概念，利用光纖型表面等離子共振傳感器的基本設(shè)計(jì)原理，利用多通道光纖轉(zhuǎn)換器制成多通道光纖型表面等離子共振譜儀。通過多通道光纖轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的軟件控制，實(shí)現(xiàn)僅需一次進(jìn)樣即可對(duì)樣品的多個(gè)不同指標(biāo)進(jìn)行檢測的功能。選擇相關(guān)組件并開發(fā)使用相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)通過一次進(jìn)樣，可對(duì)樣品的多個(gè)不同指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行檢測。

本發(fā)明中使用的流通池，其中各傳感器插入口的位置使得各傳感器的軸線共面且各傳感器在軸向方向上形成高度差，在使相鄰傳感器的固定配件不發(fā)生相互干涉的情況下，減小了相鄰傳感器之間的距離，因此大大減小了流通池的面積；整個(gè)流通池僅設(shè)置了一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所以大大降低了漏液機(jī)率；該流通池大大縮短了流路的長度，從而節(jié)省了待測樣品用量，該結(jié)構(gòu)的流通池尤其適用于生化等珍貴藥品的檢測；在該流通池中，串聯(lián)段液路與相鄰傳感段液路形成的夾角均為鈍角，大大減小了液路死區(qū)體積，降低了液體流動(dòng)阻力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多通道光纖型表面等離子共振譜儀的組成示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例中，顯示流通池中液路方向和傳感器插入方向的示意圖，其中，箭頭的指向分別代表液體的流向和傳感器的插入方向；

圖3是一種光纖spr傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1.固定配件2.光纖3.傳感區(qū)域

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的多通道光纖型表面等離子共振譜儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。

參見圖1所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。一種多通道光纖型表面等離子共振譜儀，包括：光路系統(tǒng)、液路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)、液路系統(tǒng)集成在一個(gè)機(jī)箱中。

所述光路系統(tǒng)包括：光源、多通道光纖轉(zhuǎn)換器、分束光纖、核心傳感器和光譜儀，所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器分別與所述光源、光譜儀及多根所述分束光纖連接；每根所述分束光纖分別與一個(gè)所述核心傳感器連接；每個(gè)核心傳感器分別插入所述多通道樣品池的一個(gè)傳感器插入口，并與樣品池中流過的待測液體接觸，獲得檢測信號(hào)；所述液路系統(tǒng)包括多通道樣品池和廢液收集器，樣品依次流經(jīng)所述多通道樣品池，在所述核心傳感器上實(shí)現(xiàn)不同組分的檢測，最后流入所述廢液收集器；所述控制系統(tǒng)為一計(jì)算機(jī)，其通過數(shù)據(jù)傳輸線控制所述光譜儀和多通道光纖轉(zhuǎn)換器，光源發(fā)出的光經(jīng)所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器進(jìn)行多通道光路之間的切換后經(jīng)多根所述分束光纖分別進(jìn)入各核心傳感器，在核心傳感器處發(fā)生表面等離子共振，所獲得的反饋信號(hào)經(jīng)分束光纖傳回所述多通道光纖轉(zhuǎn)換器，由光譜儀采集信號(hào)后傳輸至所述計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理。

所述多通道樣品池可以如圖1中所示，由多個(gè)單獨(dú)的樣品池串聯(lián)而成。

所述的核心傳感器是將光纖的端面打磨、柱面鍍金后連接在分束光纖末端，用于檢測樣品溶液，產(chǎn)生檢測信號(hào)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，分別采用dh-2000-bal型氘鎢光源、美國oceanoptics公司生產(chǎn)的mpm-20002x8多通道光纖轉(zhuǎn)換器、美國oceanoptics公司生產(chǎn)的split-400-vis-nir型分束光纖、自行開發(fā)的多通道樣品池以及usb2000+,200-850nm型光譜儀。光源可穩(wěn)定提供400～900nm的可見光。

通過split-400-vis-nir型分束光纖可實(shí)現(xiàn)將氘鎢光源發(fā)出的光傳導(dǎo)至核心傳感器并將核心傳感器產(chǎn)生的光信號(hào)傳回。

mpm-20002x8多通道光纖轉(zhuǎn)換器可以偶聯(lián)一個(gè)輸入通道和16個(gè)不同的輸出通道。它包含一個(gè)由編碼器精密控制的直流電機(jī)和一套在旋轉(zhuǎn)模塊上的終端開關(guān)，光路通過紫外準(zhǔn)直棱鏡耦合。該轉(zhuǎn)換器還含有一個(gè)電腦數(shù)值控制器，以控制定位模式。所有的準(zhǔn)直位置都存儲(chǔ)在控制單元的內(nèi)存中，準(zhǔn)直操作也可通過軟件很容易地實(shí)現(xiàn)。多通道光纖轉(zhuǎn)換器可由軟件控制，通過rs-232協(xié)議與電腦連接。軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換順序和延遲時(shí)間的全面控制。該轉(zhuǎn)換器也可實(shí)現(xiàn)雙通道輸入和八通道輸出操作。該儀器可用于程序控制，比如，多個(gè)位點(diǎn)需要由多個(gè)探測器測量，所有探針共用一個(gè)光譜儀通道和/或一個(gè)光源。該轉(zhuǎn)換器可以作為一個(gè)獨(dú)立裝置，因?yàn)樗詭Я顺绦?；也可以作為一個(gè)軟件控制的單元。

采用mpm-2000software軟件控制，實(shí)現(xiàn)輸出光路的切換與表面等離子共振信號(hào)的采集，以實(shí)現(xiàn)既能使用單通道方式對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行檢測，又能使用多通道方式同時(shí)對(duì)2～8種不同指標(biāo)進(jìn)行檢測，如，1、2、3、4、5、6、7、8多通道樣品池分別檢測a、b、c、d、e、f、g、h八種指標(biāo)，當(dāng)需要檢測b、e、g三種指標(biāo)時(shí)，便可利用軟件將光路和信號(hào)檢測鎖定在2、5、7三個(gè)通道之間以自動(dòng)輪動(dòng)循環(huán)切換的方式對(duì)三個(gè)通道的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行檢測。

將dh-2000-bal型氘鎢光源、mpm-20002x8型多通道光纖轉(zhuǎn)換器、split-400-vis-nir型分束光纖、自行設(shè)計(jì)的多通道樣品池、廢液收集系統(tǒng)、usb2000+,200-850nm型光譜儀以及裝有操作軟件的計(jì)算機(jī)按附圖1所示進(jìn)行組裝，并運(yùn)行mpm-2000software軟件對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試。

本發(fā)明自行設(shè)計(jì)的一種多通道樣品池包括：池體、液路進(jìn)口、內(nèi)部液路、液路出口和傳感器插入口。參見圖2，所述液路進(jìn)口和液路出口分別與所述池體內(nèi)的內(nèi)部液路的兩端連通；所述傳感器插入口間隔設(shè)置有多個(gè)，所述各傳感器插入口的位置使得各傳感器的軸線共面且各傳感器在軸向方向上形成高度差，以避免相鄰傳感器的固定配件發(fā)生相互干涉；所述內(nèi)部液路由多段組成，每段液路由傳感段液路和串聯(lián)段液路構(gòu)成，所述串聯(lián)段液路連接相鄰兩傳感器的傳感段液路且與這兩段傳感段液路之間形成的夾角均為鈍角；每個(gè)所述傳感器插入口均與所述液路進(jìn)口和液路出口的方向垂直。在圖2所示的實(shí)施例中，串聯(lián)段液路與相鄰傳感段液路形成的夾角均為135°；所述傳感段液路的長度比所述傳感器傳感區(qū)域的長度長0.5cm。

下面以8通道光纖型表面等離子共振譜儀為例，對(duì)該儀器的使用方法進(jìn)行說明。

1)取8根表面偶聯(lián)了不同抗體的核心傳感器，以用于檢測樣品的8個(gè)不同指標(biāo)，其待測物濃度-表面等離子吸收峰信號(hào)偏移量的計(jì)算曲線已知；

2)將上述8根核心傳感器通過光纖接頭連接在分束光纖的單頭末端，而后插入樣品池，旋緊密封螺絲，連接好儀器的光路系統(tǒng)以及液路系統(tǒng)和操作系統(tǒng)；

3)向8個(gè)串聯(lián)的樣品池通入純水，通過操作軟件，將光譜儀信號(hào)采集模式調(diào)至“折射率”模式，將多通道光纖轉(zhuǎn)換器調(diào)至“自動(dòng)輪循”模式，此時(shí)開始，多通道光纖轉(zhuǎn)換器將光源產(chǎn)生的可見光通過分束光纖依次在1、2、3、4、5、6、7、8號(hào)核心傳感器之間切換，產(chǎn)生的8種表面等離子共振吸收信號(hào)通過光譜儀采集后，在操作系統(tǒng)的顯示界面上產(chǎn)生8個(gè)譜圖，待8個(gè)譜圖信號(hào)穩(wěn)定后，通過操作系統(tǒng)保存上述8個(gè)譜圖，分別命名為1-1、2-1、3-1、4-1、5-1、6-1、7-1、8-1；

4)將待測樣品依次通過8個(gè)串聯(lián)的樣品池，此時(shí)，8根核心傳感器表面的抗體可以對(duì)待測樣品的8個(gè)相應(yīng)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別和特異性結(jié)合，如果待測樣品中含有相應(yīng)目標(biāo)物，則在軟件界面中，譜圖的表面等離子共振吸收峰會(huì)發(fā)生偏移，待8個(gè)譜圖信號(hào)穩(wěn)定后，通過操作系統(tǒng)將其保存，分別命名為1-2、2-2、3-2、4-2、5-2、6-2、7-2、8-2；

5)分別對(duì)比上述步驟5)和步驟4)中的譜圖1-1與1-2、2-1與2-2、3-1與3-2、4-1與4-2、5-1與5-2、6-1與6-2、7-1與7-2、8-1與8-2，獲得其表面等離子吸收峰信號(hào)的偏移量，分別將其代入步驟2)中的1～8號(hào)核心傳感器待測物濃度-表面等離子吸收峰信號(hào)偏移量的計(jì)算曲線，即可求得相應(yīng)待測物的濃度值。