CN110849858A - 溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测*** - Google Patents
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Abstract
一种溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测***,该溶解氧敏感膜光感装置包括光感座,其上设有进水口和出水口,其内装有溶解氧循环水;透明窗,其设置在光感座侧壁上,光源从透明窗进入光感座;以及溶解氧敏感膜,其设置在透明窗内,用于接收光源的刺激并产生激发荧光。本发明通过溶解氧敏感膜发光传感装置,可以准确调整溶解氧浓度状态,并可实现荧光效率的检测,经分析可得到荧光发射效率以及最佳激发波长、最大发射荧光波长、荧光寿命,并提高光的利用率,降低溶解氧敏感膜的漂白。
Description
技术领域
本发明涉及物理光学领域,尤其涉及一种溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测***。
背景技术
荧光法检测溶解氧浓度具有无需电解液,无干扰,无需频繁校准;而且不会消耗氧,没有流速限制等优点使这种检测方式已经成为一种潮流趋势。多数学者一般选用蓝光作为激发光,但有学者在相关研究中发现绿光产生的荧光效果更佳,由此说明不同的氧敏感材料对应的最优激发光波长不同。
大多数对于氧敏感膜特性的研究集中在水中盐度、温度、压强、PH或氧敏感膜中荧光指示剂的浓度上,也有学者研究由激发波长不同而导致的氧敏感膜荧光效率不同。对于溶解氧敏感膜荧光效率的检测,因为不同的氧敏感物质存在不同的荧光特性,由此在各个波长上产生的荧光效率也不同。对于效率不高的激发光,若要产生预期的荧光,必须加强激发光强度,但激发光强度太强,会产生氧敏感指示剂漂白现象,进而会影响氧敏感膜的使用寿命。在现有技术中,选择激发光波长,往往用的是几个不同波长的发光光源,或者利用荧光分光光度计进行检测,难以调整水中含氧浓度,操作繁琐复杂,且可能漏掉最优波长。本发明提出一种溶解氧敏感膜荧光效率检测装置,可以准确检测氧敏感膜的最优激发光波长,及荧光发射效率、最大发射荧光波长、荧光寿命等,并提高光的利用率,对降低溶解氧敏感膜的漂白亦有一定益处。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的之一在于提出一种溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测***,以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的,作为本发明的一个方面,提供了一种溶解氧敏感膜光感装置,包括:
光感座,其上设有进水口和出水口,其内装有溶解氧循环水,水中溶解氧浓度连续可调;
透明窗,其设置在光感座侧壁上,光源从透明窗进入光感座;以及
溶解氧敏感膜,其设置在透明窗内,用于接收光源的刺激并产生激发荧光。
作为本发明的另一个方面,还提供了一种荧光效率检测***,包括:
光源,提供激发光;
单色仪,将光源发出的光经分光后得到单波长激发光;
第一光谱仪,用于检测经单色仪分光得到的单波长激发光光强;
如上所述的氧敏感膜光感装置,用于接收光源并产生激发荧光,同时保证溶解氧浓度处于一个动态平衡环境中;
第二光谱仪,用于检测氧敏感膜光感装置产生的荧光光强;以及
计算机控制装置,用于根据激发光光强和荧光光强得到各激发波长下荧光效率及最佳激发波长。
基于上述技术方案可知,本发明的溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测***相对于现有技术至少具有以下优势之一:
1、本发明通过溶解氧敏感膜发光传感装置,可以准确调整溶解氧浓度状态,并可实现荧光效率的检测;
2、经分析可得到荧光发射效率以及最佳激发波长、最大发射荧光波长、荧光寿命,并提高光的利用率,降低溶解氧敏感膜的漂白。
附图说明
图1为本发明实施例中荧光效率检测***结构示意;
图2为本发明实施例中氧敏感膜光感装置结构示意图。
附图标记说明:
100-氧敏感膜光感装置;200-氙灯;300-单色仪;301-步进电机;302-步进电机驱动器;400-第一光谱仪;500-第二光谱仪;600-计算机控制装置;101-四氟座;102-透明窗;103-溶解氧敏感膜;104-进水口;105-出水口;106-底座;107-外接蠕动泵;108-溶解氧循环水;109-透明窗固定片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种溶解氧敏感膜荧光效率的检测***,设计了一种溶解氧敏感膜光感结构,可准确检测氧敏感膜的最优激发光波长,及荧光发射效率、最大发射荧光波长、荧光寿命等,大大缩短荧光膜检测时间,避免低效率的强光照照射下造成氧敏感膜漂白。
本发明公开了一种溶解氧敏感膜光感装置,包括:
光感座,其上设有进水口和出水口,其内装有溶解氧循环水;
透明窗,其设置在光感座侧壁上,光源从透明窗进入光感座;以及
溶解氧敏感膜,其设置在透明窗内,用于接收光源的刺激并产生激发荧光。
在本发明的一些实施例中,所述的光感座采用的材料包括聚四氟乙烯;
在本发明的一些实施例中,所述溶解氧敏感膜包括氧分子透气膜和氧敏感材料。
在本发明的一些实施例中,所述的溶解氧敏感膜光感装置还包括用于支撑光感座的底座。
在本发明的一些实施例中,所述进水口与外接蠕动泵连接。
本发明还公开了一种荧光效率检测***,包括:
光源,提供激发光;
单色仪,将光源发出的光经分光后得到单波长激发光;
第一光谱仪,用于检测经单色仪分光得到的单波长激发光光强;
如上所述的氧敏感膜光感装置,用于接收光源并产生激发荧光,同时保证溶解氧浓度处于一个动态平衡环境中;
第二光谱仪,用于检测氧敏感膜光感装置产生的荧光光强;以及
计算机控制装置,用于根据激发光光强和荧光光强得到各激发波长下荧光效率及最佳激发波长。
在本发明的一些实施例中,所述光源的激发波长为350至550纳米。
在本发明的一些实施例中,所述光源包括氙灯。
在本发明的一些实施例中,所述荧光效率检测***包括用于驱动单色仪的步进电机。
在本发明的一些实施例中,所述步进电机的步数和单色仪的分光波长之间的关系满足线性关系。
在本发明的一些实施例中,所述第一光谱仪的探测波长为200至1160纳米;
在本发明的一些实施例中,所述第二光谱仪的探测波长为200至1160纳米。
在一个示例性实施例中,本发明公开了一种溶解氧敏感膜荧光效率的检测***,该检测***包括:溶解氧敏感膜光感装置、氙灯、单色仪、步进电机、双路光纤(包括发射光纤和荧光光纤)、第一光谱仪、第二光谱仪以及用于测量激发光和发射光谱的计算机控制装置。其中,溶解氧敏感膜由氧分子透气膜和氧敏感材料组成,用于检测溶液中氧气分子的浓度。溶解氧敏感膜光感装置置于无氧水中,通过控制加入无氧水中亚硫酸钠和氯化钴的量调整水中溶解氧的浓度变化并检测其发射荧光,单色仪通过所述步进电机控制光栅转动角度,所述氙灯通过单色仪分光扫描得到不同波长的激发光,所述双路光纤,一个用于传输激发光强度,另一个用于传输发射荧光强度。所述溶解氧敏感膜,被激发光照射后可以发射特定波长的荧光。每个激发波长与对应的荧光波长的强度比即可得到该溶解氧敏感膜的荧光效率,通过波长扫描,可以确定氧敏感膜的最优激发光波长。
在另一个示例性实施例中,本发明的溶解氧敏感膜荧光效率检测***,包括:氙灯、单色仪、第一光谱仪、第二光谱仪、溶解氧敏感膜光感装置和计算机控制装置。
其中,溶解氧敏感膜光感装置:由泵驱动循环无氧水及其中添加的亚硫酸钠和氯化钴试剂模拟不同溶解氧浓度水样,将氧敏感膜一面浸入水中,氧气分子穿透膜面与光敏感材料结合,另一面连接透明窗,由光纤入射光经透明窗照射到光敏感面,溶解氧敏感膜发射的荧光经透明窗后进入检测光纤;
其中,所述的溶解氧敏感膜光感装置,包括无氧水及氧浓度循环调整结构、固定座、透明窗等,可以模拟溶解氧浓度变化状态并与激发光和第二光谱仪连接,实现荧光发光效率的检测。
其中,氙灯光源发出的光经单色仪分光后得到单波长的激发光,经双路光纤分别进入第一光谱仪和溶解氧敏感膜光感装置,步进电机控制单色仪中光栅转动角度扫描波长,实现激发波长的任意调整;
其中,计算机控制装置:溶解氧敏感膜的荧光经发射光纤后被荧光光谱仪接收,得到荧光强度光谱;计算机控制装置比较激发光光谱和荧光光谱,最终计算得出氧敏感膜的荧光发射效率、最优激发光波长、最大发射荧光波长、荧光寿命。
其中,所述步进电机的转动的步数n和单色仪的分光波长λ之间存在一个线性关系,λ=an+b,其中a、b分别为实验数据拟合所得的系数和常数;并且通过此线性关系可以准确找到所需单波长激发光。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是,下述的具体实施例仅是作为举例说明,本发明的保护范围并不限于此。
本实施例提供的溶解氧敏感膜荧光效率检测***,参见图1,包括:溶解氧敏感膜光感装置100、氙灯200、单色仪300、步进电机301、双路光纤、第一光谱仪400、第二光谱仪500以及激发光和发射光谱测量的计算机控制装置600。
氙灯200光源发出的光经单色仪分光后得到单波长的激发光,经双路光纤分别进入第一光谱仪400和溶解氧敏感膜光感装置100;步进电机301控制单色仪中光栅转动角度扫描波长,实现激发波长的任意调整;
溶解氧敏感膜光感装置100如图2所示,包括四氟座101、透明窗102、溶解氧敏感膜103、透明窗固定片109、外接蠕动泵107、底座106、溶解氧循环水108及进水口104和出水口105,由外接蠕动泵107驱动循环无氧水及其中添加的亚硫酸钠和氯化钴试剂模拟不同溶解氧浓度水样,溶解氧敏感膜103一面浸入水中,氧气分子穿透膜面与光敏感材料结合,另一面连接透明窗102,光纤入射光经透明窗102照射到光敏感面,氧敏感膜103发射的荧光经透明窗102后进入检测光纤;
第一光谱仪400和第二光谱仪500分别接收来自发射光纤和荧光光纤中的光强,最终传至PC端(即计算机控制装置600),经计算分析后得到荧光发射效率,最佳激发波长、最大发射荧光波长、以及荧光寿命等。
其中,溶解氧敏感膜由Aandera公司生产,光源的激发光的波长范围选择在350-550nm之间,单个激发波长之间的步长间隔为1nm。氙灯通过可编程稳压电源供电使其在额定电压下工作,第一光谱仪400和第二光谱仪500的型号均为AvaSpec-HS1024x58TEC,探测波长范围是200nm-1160nm。
整个操作步骤如下:
(1)打开外接蠕动泵107,使溶解氧循环水开始循环;打开光源10min后在进行后续操作以保证氙灯200趋于稳定;控制步进电机301转动,记录波段为350-550nm,间隔为1nm的激发光光强。
(2)在步骤(2)发生的同时,记录溶解氧敏感膜光感装置100内对应荧光光强,并储存在电脑端。
(3)对荧光光谱和激发光光谱进行如公式(1)般处理,其中I1为单波长激发光光强,I2为对应波长产生的荧光,a为二者相对应的光谱仪积分时间之间的比例系数,η为所求荧光效率。比较η的大小,可找出最优激发波长、最大发射荧光波长以及荧光寿命。
综上所述,简单的比较哪个波长产生的荧光强度是不可行的,必须从效率角度出发,才能真正的找到最佳激发光波长。采用本发明提出的方法可以满足需求,提高光的利用率,降低氧敏感膜漂白并能延长其使用寿命。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图,上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种溶解氧敏感膜光感装置,其特征在于,包括:
光感座,其上设有进水口和出水口,其内装有溶解氧循环水;
透明窗,其设置在光感座侧壁上,光源从透明窗进入光感座;以及
溶解氧敏感膜,其设置在透明窗内,用于接收光源的刺激并产生激发荧光。
2.根据权利要求1所述的溶解氧敏感膜光感装置,其特征在于,
所述的光感座采用的材料包括聚四氟乙烯;
所述溶解氧敏感膜包括氧分子透气膜和氧敏感材料。
3.根据权利要求1所述的溶解氧敏感膜光感装置,其特征在于,
所述的溶解氧敏感膜光感装置还包括用于支撑光感座的底座。
4.根据权利要求1所述的溶解氧敏感膜光感装置,其特征在于,
所述进水口与外接蠕动泵连接。
5.一种荧光效率检测***,其特征在于,包括:
光源,提供激发光;
单色仪,将光源发出的光经分光后得到单波长激发光;
第一光谱仪,用于检测经单色仪分光得到的单波长激发光光强;
如权利要求1至4任一项所述的氧敏感膜光感装置,用于接收光源并产生激发荧光,同时保证溶解氧浓度处于一个动态平衡环境中;
第二光谱仪,用于检测氧敏感膜光感装置产生的荧光光强;以及
计算机控制装置,用于根据激发光光强和荧光光强得到各激发波长下荧光效率及最佳激发波长。
6.根据权利要求5所述的荧光效率检测***,其特征在于,
所述光源的激发波长为350至550纳米。
7.根据权利要求5所述的荧光效率检测***,其特征在于,
所述光源包括氙灯。
8.根据权利要求5所述的荧光效率检测***,其特征在于,
所述荧光效率检测***包括用于驱动单色仪的步进电机。
9.根据权利要求5所述的荧光效率检测***,其特征在于,
所述步进电机的步数和单色仪的分光波长之间的关系满足线性关系。
10.根据权利要求5所述的荧光效率检测***,其特征在于,
所述第一光谱仪的探测波长为200至1160纳米;
所述第二光谱仪的探测波长为200至1160纳米。
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CN114660035A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 广州大学 | 一种用于膜污染监测的前表面荧光探头装置 |
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