一種激光誘導液體熒光的檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熒光光譜技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高靈敏度的液體熒光檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光是一種光致發(fā)光現(xiàn)象，當物質(zhì)經(jīng)某特定波長的入射光(通常是可見光、紫外或X射線)照射后，吸收光能后進入激發(fā)態(tài)，并立即退出激發(fā)態(tài)發(fā)出比入射光的波長更長的出射光。而入射光一旦停止，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質(zhì)的出射光稱為熒光。
[0003]熒光光譜儀包括三個基本組件:光源、液體樣品池、探測器，其中光源可使用單一波長的光源，也可是波長連續(xù)可調(diào)的單色器；液體樣品池一般為透明小容器，探測器常采用光電倍增管或(XD。
[0004]利用熒光光譜儀檢測待測物時，待測物的熒光大多需在溶液狀態(tài)下獲取，溶劑大多采用水或去離子水等無熒光溶劑。采用的液體樣品池常用由石英材料制成的長方體透明容器。試驗時，石英容器內(nèi)裝滿待測物的液體，激發(fā)光穿過石英容器某一側(cè)面，照射到待測溶液上，由透鏡在與石英容器的入射側(cè)面相垂直的另一側(cè)面收集激發(fā)產(chǎn)生的熒光。如專利200820075445.6、名稱為“激光拉曼/熒光光譜儀”采用小樣品管盛放樣品，專利103234950A、名稱為“并行雙光路激光誘導熒光光譜儀”采用毛細管柱盛放樣品。這兩種液體樣品池的體積都較小，且只能激發(fā)和收集聚焦透鏡焦點附近的熒光，熒光激發(fā)距離短，激發(fā)產(chǎn)生的熒光強度低，導致靈敏度較低，對低濃度樣品熒光的檢測精度不高。樊穎鋒(分析試驗室，2008年05期，pll8-122)公開了一種激光誘導熒光檢測裝置，該裝置采用低折射率聚四氟乙烯空心管和流動水溶液構(gòu)成液芯光纖，激光垂直照射到液芯光纖上，利用CXD檢測器在液芯光纖的另一端收集并檢測激發(fā)產(chǎn)生的熒光。該裝置也同樣只有小區(qū)域內(nèi)的溶液被激發(fā)產(chǎn)生熒光，未能充分利用液芯光纖實現(xiàn)長距離激發(fā)熒光的目的。這些公開的方法，只有較少部分待測溶液被激光激發(fā)，因此只能產(chǎn)生少量熒光。專利201110343868.8、名稱為“一種液芯波導熒光檢測裝置”利用大面積激發(fā)光光源照射到整個液芯光纖的長度，光纖內(nèi)的所有液體都能被激光激發(fā)產(chǎn)生熒光，但采用面光源作為激發(fā)光源時，因激發(fā)光能量不能集中而導致激發(fā)光強度較弱，難以激發(fā)產(chǎn)生較強的熒光，也不利于低濃度溶液的熒光檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用激光誘導液體熒光的檢測裝置。該裝置將待測液體樣品充入液芯光纖中，激發(fā)光在整個液芯光纖的長度內(nèi)激發(fā)待測液體，增加了待測液樣品的熒光激發(fā)距離，熒光在整個液芯光纖內(nèi)不斷累積增強，從而大大提高了待測液體樣品的熒光強度，可實現(xiàn)對低濃度液體樣品的熒光檢測。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種激光誘導液體熒光的檢測裝置，包括自動進樣清洗系統(tǒng)、熒光激發(fā)系統(tǒng)、分光系統(tǒng)；其中自動進樣清洗系統(tǒng)位于整個裝置中間，熒光激發(fā)系統(tǒng)和分光系統(tǒng)分別位于自動進樣系統(tǒng)的兩邊。
[0008]所述自動進樣清洗系統(tǒng)包括液體樣品池、真空泵、毛細管1、液芯光纖轉(zhuǎn)接頭1、光纖夾具1、液芯光纖、光纖夾具I1、液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I1、毛細管II;其中液芯光纖由光纖夾具I和光纖夾具II固定；液芯光纖的兩端通過液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I和液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II分別緊密連接毛細管I和毛細管II，毛細管I與液體樣品池相連，毛細管II與真空泵連接。
[0009]其中所述液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I和液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II包括一個由石英材料制成的彎頭、橡膠空心管1、橡膠空心管II和一片石英光學玻璃方片。石英材料制成的彎頭內(nèi)加工成兩個相互垂直交叉的圓孔，其中一圓孔兩端面打通，另一圓孔僅一端面打通。兩端打通圓孔所在端面的一面與橡膠空心管I緊密粘結(jié)(橡膠空心管內(nèi)徑I與液芯光纖外徑相同)，另一端面與石英光學玻璃方片緊密粘結(jié)在一起。激光通過石英光學玻璃方片進入液芯光纖內(nèi)。僅一端面打通圓孔所在的圓孔端面與橡膠空心管II緊密粘結(jié)(橡膠空心管II內(nèi)徑與毛細管I和毛細管II外徑相同)。
[0010]所述熒光激發(fā)系統(tǒng)用于將激發(fā)光耦合進入液芯光纖內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生熒光。包括激光器(激光器功率可調(diào))、全反射鏡、光纖耦合透鏡、液芯光纖轉(zhuǎn)接頭1、液芯光纖。全反射鏡與激光出射的方向夾角為45°，光纖耦合透鏡置于激光反射光束方向上，激光器、全反射鏡、光纖耦合透鏡和液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I的中心處于同一軸線上。激光順序經(jīng)過全反射鏡折轉(zhuǎn)90°后，再經(jīng)光纖耦合透鏡會聚進入液芯光纖中。液芯光纖由液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I和液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II定位，液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I固定于光纖夾具I上，液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II固定于光纖夾具II上。激光被限制在整個液芯光纖內(nèi)傳輸，激發(fā)光與被測液體不斷作用，延長了總有效激發(fā)光程，激發(fā)產(chǎn)生的熒光信號強度被不斷累積，從而大大提高了待測液體的熒光強度。
[0011]所述分光系統(tǒng)用于收集從液芯光纖另一端出射的熒光，包括光纖夾具II1、石英光纖、光纖接口、狹縫、非球面反射鏡、球面透鏡光柵、線陣CCD、信號處理模塊、計算機組成。石英光纖固定于光纖夾具III上，石英光纖一端緊靠液芯光纖接頭II的石英光學玻璃中心，另一端與光纖接口相連，將熒光從液芯光纖內(nèi)導入狹縫。狹縫正對著非球面反射鏡，非球面反射鏡內(nèi)壁鍍有全反射膜，熒光通過狹縫后入射至非球面反射鏡，由非球面反射鏡準直成平行光束。狹縫與非球面反射鏡中間有一球面透鏡光柵，被準直成平行光束的熒光入射至球面透鏡光柵后，由球面透鏡光柵反射并色散成眾多單色平行光束。眾多單色平行光束入射至同一非球面反射鏡上，由非球面反射鏡聚焦至非球面透鏡前方的線陣CCD上產(chǎn)生模擬信號，模擬信號經(jīng)過信號處理模塊和計算機處理后，由光譜軟件記錄熒光光譜。
[0012]利用上述激光誘導液體熒光檢測裝置獲取液體物質(zhì)的熒光光譜方法，按照下述步驟進行:
[0013](I)將毛細管I 一端插入裝有待測液體的液體樣品池中，另一端連接液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I;毛細管II 一端連接真空泵，另一端連接液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II。
[0014](2)打開真空泵，樣品池內(nèi)待測液體經(jīng)過毛細管1、液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I吸入至液芯光纖管中構(gòu)成液芯光纖。
[0015](3)打開激光器，激光器發(fā)出的激光束由全反射鏡折轉(zhuǎn)90度，折轉(zhuǎn)后的激光束被光纖耦合透鏡經(jīng)液芯光纖轉(zhuǎn)接頭I的石英光學玻璃方片端面耦合進入液芯光纖內(nèi)。此時，激光被限制在液芯光纖內(nèi)傳輸，在液芯光纖長度范圍內(nèi)不斷和待測液體作用激發(fā)產(chǎn)生熒光。激發(fā)產(chǎn)生的熒光大部分從液芯光纖的另一端經(jīng)液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II的石英光學玻璃方片射出。石英光纖一端緊貼在液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II的石英光學玻璃方片上，另一端連接光纖接口，將從液芯光纖轉(zhuǎn)接頭II射出的熒光傳輸至狹縫。通過狹縫的熒光經(jīng)過非球面反射鏡反射后變成平行光束，平行光束經(jīng)球面透鏡光柵反射后色散成不同波長的平行光束，色散后的平行光束經(jīng)同一片非球面反射鏡聚焦到線陣CCD上，產(chǎn)生模擬信號，模擬信號經(jīng)過信號處理模塊和計算機處理后，由光譜軟件記錄熒光光譜。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]1.待測液體充滿液芯光纖，激發(fā)產(chǎn)生的焚光隨入射光在液芯光纖內(nèi)傳輸，并不斷地被累積加強，激光被耦合進入液芯光纖后，全部被限制在整個液芯光纖內(nèi)傳輸，激發(fā)