本發(fā)明涉及一種雙熒光發(fā)射面的微量物質(zhì)檢測儀及檢測方法，其屬于微量檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分析化學中常用的內(nèi)標法是一種間接或相對的校準方法。在分析測定樣品中某組分含量時，加入一種內(nèi)標物質(zhì)以校準和消除出于檢測條件的波動而對分析結(jié)果產(chǎn)生的影響，以提高分析結(jié)果的準確度，實現(xiàn)定量檢測。利用雙光路熒光檢測系統(tǒng)可同時檢測作為參比內(nèi)標熒光染料發(fā)射的熒光強度和被檢測物相關(guān)聯(lián)的熒光探針發(fā)射的熒光強度，實現(xiàn)比率型檢測，可消除不同儀器間的激發(fā)光源燈發(fā)光強度和波長不同產(chǎn)生的誤差，使批量化生產(chǎn)的儀器校準簡單化，提高準確率和重復性。專利“一種小型雙光路熒光檢測裝置，201620412985.3”，將比色皿單面發(fā)射的熒光經(jīng)聚集透鏡轉(zhuǎn)換成平行光，再經(jīng)二色鏡分為兩個不同波段的熒光，最后經(jīng)由濾光鏡和聚光透鏡到達光電二極管。這個裝置中使用可低電壓啟動、價廉的普通光電二極管，實現(xiàn)小型的比率型熒光檢測。由于該裝置設(shè)置的二色鏡損耗部分熒光強度，并且光程較長，減弱了射入光電二極管的熒光強度，難于滿足較低檢測極限的痕量物質(zhì)檢測要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種雙熒光發(fā)射面的微量物質(zhì)檢測儀，在保持單熒光發(fā)射面的雙波段比率型檢測的優(yōu)點基礎(chǔ)上，不設(shè)置二色鏡和熒光聚光透鏡，采用從比色皿的對應(yīng)、且相互平行的兩個面采集兩束不同波段的熒光策略，進一步提高儀器的靈敏度，降低檢測極限。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種雙熒光發(fā)射面的微量物質(zhì)檢測儀，它包括電源、數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)、自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、顯示設(shè)備，它還包括激發(fā)單元、第一檢測單元和第二檢測單元；第一檢測單元與第二檢測單元平行，激發(fā)單元與第一檢測單元相互垂直；所述激發(fā)單元包括激發(fā)光源、光源聚光透鏡、光源濾光鏡和比色皿；所述第一檢測單元包括第一熒光聚光透鏡、第一熒光濾光鏡、第一光電二極管；所述第二檢測單元包括第二熒光聚光透鏡、第二熒光濾光鏡、第二光電二極管；比色皿與第一檢測單元、第二檢測單元處在同一直線上，比色皿發(fā)射出來的兩束相反發(fā)射方向的熒光分別進入第一檢測單元、第二檢測單元；第一光電二極管、第二光電二極管電連接至數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)、自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和顯示設(shè)備。
一種雙熒光發(fā)射面的微量物質(zhì)檢測儀的檢測方法：
（a）激發(fā)光源發(fā)射的光經(jīng)由聚光透鏡和濾光鏡照射到比色皿，比色皿內(nèi)的檢測熒光探針和參比內(nèi)標熒光染料被同時激發(fā)，發(fā)射出不同波長的熒光；第一檢測單元與第二檢測單元的熒光是由垂直于激發(fā)光路的兩個相對應(yīng)、且相互平行的比色皿面發(fā)射出來的兩束相反發(fā)射方向的熒光組成；
（b）檢測熒光探針發(fā)射的熒光經(jīng)第一檢測單元中的第一聚光透鏡和第一熒光濾光鏡，由第一光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號；
（c）參比內(nèi)標熒光染料發(fā)射的熒光經(jīng)第二檢測單元中的第二聚光透鏡和第二熒光濾光鏡，由光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號；
（d）將第一檢測單元與第二檢測單元得到的電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)放大，再經(jīng)過數(shù)據(jù)自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)處理得到結(jié)果，結(jié)果顯示在顯示設(shè)備上。
（e）每個被檢測物質(zhì)的波段檢測出的熒光強度與參比內(nèi)標熒光染料波段測出的熒光強度的比值，分別與相應(yīng)被檢測物質(zhì)濃度建立各自的標準曲線。
所述激發(fā)光源為發(fā)射350-800nm的光源，激發(fā)光源選自單波長led、多波長led、激光或汞燈；所述的光源聚光透鏡，選自平凸鏡、平凹鏡、凸凹鏡、雙凸鏡、雙凹鏡、不規(guī)則透鏡；所述光電二極管選自普通二極管、倍增二極管或雪崩二極管；所述比色皿材質(zhì)為光學玻璃、石英玻璃、ps、pe、pmma或pp，比色皿的形狀為方柱、圓柱或錐形；所述顯示設(shè)備為儀器配備顯示器、手機、平板電腦或pc電腦。
所述數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)用于放大經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換后的電信號；所述自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的方法為：以兩個檢測單元的光電二極管檢測出光信號強度的比值與比色皿中被檢測物質(zhì)濃度建立標準曲線；所述電源供電系統(tǒng)與激發(fā)光源、光電二極管、數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)、自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、顯示設(shè)備進行電連接；激發(fā)光源發(fā)射的光穿過光源濾光片聚光透鏡至裝有熒光探針和參比內(nèi)標熒光染料的比色皿；比色皿中的熒光探針產(chǎn)生的熒光經(jīng)比色皿的對應(yīng)、且相互平行的兩個面發(fā)出，依次穿過聚光透鏡和濾光鏡射入光電二極管，光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)放大，再經(jīng)過數(shù)據(jù)自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)處理得到結(jié)果，結(jié)果顯示在顯示設(shè)備上。
方法具體操作包含以下步驟：
（1）設(shè)置光路：從比色皿的對應(yīng)、且相互平行的兩個面發(fā)射出的熒光分成2個光路，對應(yīng)一個參比內(nèi)標熒光染料發(fā)射光強度檢測和對應(yīng)另一個熒光探針發(fā)射光強度檢測；
（2）建立被檢測物質(zhì)的標準曲線：2個檢測單元分別檢測出2個被檢測物質(zhì)的熒光強度和1個參比內(nèi)標熒光染料的熒光強度，通過被檢測物質(zhì)檢測出的熒光強度與參比染料測出的熒光強度的比值，與被檢測物質(zhì)濃度建立各自的標準曲線；
（3）被檢測物質(zhì)的濃度檢測：將被檢測物質(zhì)及對應(yīng)檢測探針和參比熒光染料置于比色皿中，激發(fā)光源發(fā)射的光穿過光源聚光透鏡和濾光片至比色皿；比色皿中產(chǎn)生的熒光經(jīng)比色皿的2個面，經(jīng)熒光聚光透鏡和濾光鏡，分別檢測得到被檢測物質(zhì)和參比染料的熒光強度；熒光強度的比值再與相應(yīng)被檢測物質(zhì)的標準曲線對應(yīng)，得到相應(yīng)的被檢測物質(zhì)的濃度。
激發(fā)光源可選用單波長led、多波長led、激光、汞燈，根據(jù)熒光探針激發(fā)波長需要，選用可發(fā)射350~800nm的光源。優(yōu)先選用多波長led作為激發(fā)光源。
根據(jù)選用的激發(fā)光源發(fā)射光的波長，可選用300~800nm范圍內(nèi)的帶通濾光片、窄帶濾光片等。
選用光源透鏡要求能將透過光聚集于一點，可選用平凸鏡、平凹鏡、凸凹鏡、雙凸鏡、雙凹鏡、不規(guī)則透鏡等，優(yōu)先選用平凸鏡。
所述比色皿材質(zhì)為光學玻璃、石英玻璃、ps（聚苯乙烯）、pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）或pp（聚丙烯），形狀可設(shè)計為方柱、圓柱、錐形等。
根據(jù)要求透過熒光的波長范圍，可選用350-800nm范圍內(nèi)的帶通濾光片、窄帶濾光片等。
光電二極管根據(jù)接受熒光強度強弱，可選用二極管、倍增二極管、雪崩二極管等。優(yōu)先選用普通光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換裝置。
光電二極管和數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)分別與數(shù)據(jù)處理單元鏈接，數(shù)據(jù)處理單元可以與專用顯示器連接，也可以通過藍牙、usb或wifi與手機、ipad或pc機等顯示器連接。
本發(fā)明的有益效果為：儀器包括光學系統(tǒng)、電源供電系統(tǒng)、放大裝置、自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、顯示設(shè)備及檢測單元；光學系統(tǒng)由激發(fā)光源、光源聚光透鏡、光源濾光鏡、比色皿、聚光透鏡、濾光鏡、光電轉(zhuǎn)換裝置等組成。光源發(fā)射的光經(jīng)濾光鏡和聚光透鏡激發(fā)比色皿中的熒光探針分子，探針發(fā)出的熒光在與激發(fā)光的垂直的2個方向，經(jīng)2個透鏡聚集，利用濾光鏡將短波段熒光和長波段熒光分別在2個光電二極管轉(zhuǎn)換為電信號。電信號經(jīng)放大、數(shù)據(jù)處理，顯示被檢測物質(zhì)濃度。與單熒光發(fā)射面的雙波段熒光強度比率型檢測系統(tǒng)相比，在保持檢測穩(wěn)定性和準確率的優(yōu)點基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中未設(shè)置二色鏡和熒光聚光透鏡，使熒光損耗少、光程短，具有更高的靈敏度、更低的檢測極限。在檢測銅離子的同等條件下，雙熒光發(fā)射面和單熒光發(fā)射面的光學系統(tǒng)相比較，熒光檢測強度提高了1.2倍、檢測極限由0.03mg/kg降低到0.015mg/kg。因此，該檢測儀具有更高的靈敏度和更低的檢測極限。本發(fā)明的儀器體積更小、操作簡單，可用于現(xiàn)場實時定量的快速分析檢測。
附圖說明
圖1雙熒光發(fā)射面熒光檢測儀的示意圖。
圖中：1、激發(fā)光源，2、光源聚光透鏡，2a、第一熒光聚光透鏡，2b、第二熒光聚光透鏡，3、光源濾光鏡，3a、第一熒光濾光鏡，3b、第二熒光濾光鏡，4、比色皿，5a、第一光電二極管，5b、第二光電二極管，6、電源，7、數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)，8、自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，9、顯示設(shè)備。
具體實施方式
實施例1：單熒光發(fā)射面和雙單熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀的熒光強度
單熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀實驗條件：銅離子熒光探針（10μm，中國發(fā)明專利zl200410082745.3中的化合物1，最大激發(fā)波長450nm，探針發(fā)射525nm波長的熒光，探針與銅離子結(jié)合后發(fā)射475nm波長的熒光，led激發(fā)光源（波長450nm，額定功率40mw），激發(fā)電源功率40mw，50mmhepes緩沖水-乙醇溶液（ph7.4，30oc），銅離子濃度（10μm），方形標準比色皿，各種熒光聚光透鏡，二色鏡（500nm），a路熒光濾光鏡（475nm，窄帶濾光片），b路熒光濾光鏡（525nm，帶通濾光片），聚光透鏡（平凸鏡），放大倍數(shù)4m。
雙熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀實驗條件：銅離子熒光探針（10μm，中國發(fā)明專利zl200410082745.3中的化合物1，最大激發(fā)波長450nm，探針最大發(fā)射525nm波長的熒光，探針與銅離子結(jié)合后最大發(fā)射波長475nm），led激發(fā)光源（波長450nm，額定功率40mw），激發(fā)電源功率40mw，50mmhepes緩沖水-乙醇溶液（ph7.4，30oc），銅離子濃度（10μm），方形標準比色皿，第一熒光濾光鏡（475nm，窄帶濾光片），第二熒光濾光鏡（525nm，帶通濾光片），聚光透鏡（平凸鏡），放大倍數(shù)4m。
實驗結(jié)果：
上述結(jié)果顯示，在空白條件下（無銅離子），本申請專利的雙熒光發(fā)射面的光學系統(tǒng)檢測銅熒光探針的b路強度（熒光強度為1197mv）比單熒光發(fā)射面光學系統(tǒng)的結(jié)果（熒光強度為550mv）高出1.2倍。含銅離子情況的結(jié)果也類似。
實施例2：單或雙熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀檢測銅離子檢測極限
實驗條件同實施例1。
實驗結(jié)果：
上述結(jié)果顯示，用單熒光發(fā)射面的光學系統(tǒng)檢測銅熒光探針情況下，含銅量由0.03mg/kg下降到0.02mg/kg時，a和b路的熒光強度僅僅變化1mv，小于光電二極管的敏感誤差范圍，因此，這個光學系統(tǒng)檢測極限值為0.03mg/kg；用本申請專利的雙熒光發(fā)射面的光學系統(tǒng)檢測銅熒光探針情況下，含銅量由0.015mg/kg升高的到0.020mg/kg時，a和b路的熒光強度變化7~9mv，還在光電二極管的敏感范圍內(nèi)，因此，這個光學系統(tǒng)檢測極限值小于0.015mg/kg。
實施例3
如圖1所示該檢測儀的工作過程為：激發(fā)光源1發(fā)射的光經(jīng)由聚光透鏡2和濾光鏡3照射到比色皿4，比色皿內(nèi)的檢測熒光探針和參比內(nèi)標熒光染料被同時激發(fā)，發(fā)射出不同波長的熒光；檢測熒光探針發(fā)射的熒光經(jīng)第一檢測單元中的第一熒光聚光透鏡2a和第一熒光濾光鏡3a，由第一光電二極管5a轉(zhuǎn)換成電信號；參比內(nèi)標熒光染料發(fā)射的熒光經(jīng)第二檢測單元中的第二熒光聚光透鏡2b和第二熒光濾光鏡3b，由第二熒光光電二極管5b轉(zhuǎn)換成電信號；在a和b兩個檢測單元得到的電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)7放大，再經(jīng)過數(shù)據(jù)自動控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)8處理得到結(jié)果，結(jié)果顯示在顯示設(shè)備9上。
實施例4：建立銅離子檢測工作曲線
實驗條件參照實施例1中的雙熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀部分，僅改變銅離子濃度（0~10μm）。
實驗結(jié)果：
計算公式：y=k×a+b,a強度計算結(jié)果：k=-4.1455,b=10.081,相關(guān)系數(shù)r2=0.9937。
實施例5：自來水中銅離子含量檢測
實驗條件參照實施例1中的雙熒光發(fā)射面的雙波段檢測儀部分，5個水樣取自不同地點。利用實例4中的k和c值計算得到的下列結(jié)果，與icp-ms檢測結(jié)果相比較，誤差在5%以內(nèi)。