CN106442449A - 一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于该装置包括以下部件,激光发射***,激光诱导***,光电转换***和数据处理***,该装置使生物气溶胶在激光的诱导下产生荧光,从而实现对生物气溶胶的识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置。
背景技术
国内激光诱导荧光探测生物气溶胶这方面均为理论分析和***设计的研究,并没有实际的***装置,且其他关于激光诱导荧光的装置都是只对液态或固态样品进行实验,缺乏对气态样本的实验。激光诱导荧光探测技术具有检测时间短、灵敏度高、选择性好、可实现在线检测、不需要消耗昂贵的的反应试剂等优点。
本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白。
发明内容
本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白,本发明采用如下技术方案:
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于该装置包括以下部件,激光发射***,激光诱导***,光电转换***和数据处理***;
所述激光发射***包括激光器(1),第一保护壳(2-1),第二保护壳(2-2),光阑(3),滤光片(4)和反射镜(5);所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4),所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5);
所述激光诱导***包括气溶胶粒子输入通道(6),气溶胶粒子输出通道(7),准直透镜(8),汇聚透镜(9)和样品池(19),所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1),该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3),所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7),所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1),该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠,所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连,该气泵(15)的另一端和大气相连,所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13);
所述光电转换***包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理***包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光,该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1),照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚,经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10),该荧光经过光纤(10)进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号,由数据传输线(17)输出至数据处理***的计算机(18),经过该计算机的软件对电信号进行处理,得到相关的荧光信息。
2、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述样品池(19)中具有多个样品。
3、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子,该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
4、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
5、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
6、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
7、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述激光器(1)具有加倍频晶体,改变激光波长。
8、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述样品池(19)具有窗口,该窗口为布儒斯特窗。
9、如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93%。
有益效果:
本装置搭建了一套完整的激光诱导荧光探测生物气溶胶的***,实现了使用激光诱导荧光技术对生物气溶胶的识别。国内激光诱导荧光探测生物气溶胶这方面均为理论分析和***设计的研究,并没有实际的***装置,且其他关于激光诱导荧光的装置都是只对液态或固态样品进行实验,缺乏对气态样本的实验。本发明填补关于激光诱导荧光探测生物气溶胶装置的空白。生物气溶胶中的生物活性成份产生能在激光诱导下产生荧光的物质,这些物质的荧光光谱集中在400-600nm,因此本装置选择光谱仪的波长范围是400-600nm。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明激光诱导***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。本装置采用激光诱导荧光技术探测生物气溶胶,荧光产生原理为:入射激光照射到物质分子上,分子吸收激光能量从基态跃迁到第一电子激发态,由于激发态不稳定,一部分分子直接跃迁到低能级上,并伴随光的辐射;另一部分分子由于与同类分子或其它分子碰撞消耗能,故急剧地降落在第一电子激发态的最低振动能级,并无辐射。处于第一电子激发态最低振动能级上的分子,继续往下降落至基态的各不同振动能级时,则以光的形式发射,所产生的光即是荧光。
一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于该装置包括以下部件,激光发射***,激光诱导***,光电转换***和数据处理***;
所述激光发射***包括激光器(1),第一保护壳(2-1),第二保护壳(2-2),光阑(3),滤光片(4)和反射镜(5);所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4),所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5);
所述激光诱导***包括气溶胶粒子输入通道(6),气溶胶粒子输出通道(7),准直透镜(8),汇聚透镜(9)和样品池(19),所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1),该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3),所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7),所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1),该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠,所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连,该气泵(15)的另一端和大气相连,所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13);
所述光电转换***包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理***包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光,该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1),照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚,经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10),该荧光经过光纤(10) 进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号,由数据传输线(17)输出至数据处理***的计算机(18),经过该计算机的软件对电信号进行处理,得到相关的荧光信息。
所述样品池(19)中具有多个样品。
所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子,该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
所述激光器(1)具有加倍频晶体,改变激光波长。
所述样品池(19)具有窗口,该窗口为布儒斯特窗。
所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93%。
不同的生物气溶胶所产生的荧光光谱是不同的,根据不同的荧光光谱来识别气溶胶的种类。关于空缺点,荧光是激光照射到气溶胶样品上诱导样品产生的,只要样品通过空缺点即可,并且下面的抽气泵(15)会抽气使得气溶胶不断的通过空白点。
各种生物气溶胶的激发波长在250-450nm之间,本装置选用350nm脉冲激光。为了得到355nm激光,在532激光器前加倍频晶体,经倍频晶体倍频后转换成355nm波长。出射的355nm的激光通过光阑和滤光片,光阑把激光的发散角限制在较小的范围,而滤光片把除355nm之外的其他波长的杂散光过滤掉。之后,激光被反射镜反射到含有椭圆反射镜的样品池内。为防止杂散光的干扰,对样品池的要求一是窗口与光路上不产生激发光的散射,二是窗口与池壁不产生荧光,样品池的窗口通常做成布儒斯特窗。样品池内安有高反射率的椭圆反射镜(可见光平均反射率>93%),尽可能多的反射产生的荧光,而产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱,避免了对实验产生的荧光的影响。激光诱导所产生的荧光被准直透镜准直后,平行入射到汇聚透镜,经汇聚透镜汇聚到光纤后进入光谱仪。荧光光谱集中在300-800nm,本装置选择的光谱仪范围在400-600nm,波长分辨率0.5nm,其中耦合了CCD探测器(线阵,3648单元,波长范围350-1000nm),该光谱仪通过USB口与计算机相连。进入到光谱仪后的荧光被光栅分光后,CCD把光信号转换成电信号传到电脑,软件处理后显示出荧光的相关信息。
本装置工作时,打开底部抽气气泵,气溶胶粒子在管内负压下进入到导管内。两段导管的空缺点为椭圆反射镜的焦点F1,这种设计可以使反射镜最大化的反射激光诱导产生的荧光。准直透镜的焦点要与椭圆反射镜的焦点F2重合,这样才能将杂散的荧光通过准直透镜后平行出射到汇聚透镜上。汇聚透镜放在准直透镜的另外一个焦点,汇聚透镜汇聚平行入射的荧光,使荧光尽可能多的进入到光纤。
应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于该装置包括以下部件,激光发射***,激光诱导***,光电转换***和数据处理***;
所述激光发射***包括激光器(1),第一保护壳(2-1),第二保护壳(2-2),光阑(3),滤光片(4)和反射镜(5);所述第一保护壳(2-1)的内部具有光阑(3)和滤光片(4),所述第二保护壳(2-2)的内部具有反射镜(5);
所述激光诱导***包括气溶胶粒子输入通道(6),气溶胶粒子输出通道(7),准直透镜(8),汇聚透镜(9)和样品池(19),所述样品池(19)的样品内部具有椭圆反射镜(19-1),该椭圆反射镜(19-1)具有上端部(19-2)和下端部(19-3),所述样品池(19)的样品内部自上而下具有气溶胶粒子输入通道(6)和气溶胶粒子输出通道(7),所述溶胶粒子输入通道(6)与气溶胶粒子输出通道(7)之间具有一个空缺点(6-1),该空缺点(6-1)与椭圆反射镜(19-1)的焦点重叠,所述气溶胶粒子输出通道(7)通过管道(7-1)与气泵(15)的一端相连,该气泵(15)的另一端和大气相连,所述管道(7-1)靠近气泵的一侧具有空气过滤网(13);
所述光电转换***包括光谱仪(11)及内部的电荷耦合器件(CCD)(12)。
所述数据处理***包括计算机(18)。
所述激光器(1)发出的激光束穿过第一保护壳(2-1)的内部的光阑(3)和滤光片(4)中心点后经反射镜(5)反射成为入射激光,该入射激光被引导通过样品池(19)样品内部的椭圆反射镜(19-1)的空缺点(6-1),照射到气溶胶粒子后气溶胶粒子产生的荧光经过椭圆反射镜(19-1)的上端部(19-2)和下端部(19-3)反射后在该椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)处汇聚,经过准直透镜(8)平行射出至汇聚透镜(9)后汇聚至光纤(10),该荧光经过光纤(10)进入光谱仪(11)后被电荷耦合器件(12)转化为电信号,由数据传输线(17)输出至数据处理***的计算机(18),经过该计算机的软件对电信号进行处理,得到相关的荧光信息。
2.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述样品池(19)中具有多个样品。
3.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述气溶胶粒子输入通道(6)上部进入气溶胶粒子,该气溶胶粒子经气溶胶粒子输出通道(7)输出。
4.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述入射激光经椭圆反射镜(19-1)产生的杂散光和其他多余的激光则进入光学陷阱(16)。
5.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述气泵(15)上还具有阀门(14)。
6.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述准直透镜(8)与椭圆反射镜(19-1)的第二焦点(19-4)重合。
7.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述激光器(1)具有加倍频晶体,改变激光波长。
8.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述样品池(19)具有窗口,该窗口为布儒斯特窗。
9.如权利要求1所述的一种激光诱导荧光探测生物气溶胶装置,其特征在于所述椭圆反射镜(19-1)的可见光平均反射率>93%。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170222 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |