本发明专利技术属于化学物质检测技术领域，可用于对物质的化学成分进行高灵敏度探测鉴别。本发明专利技术利用光纤或光纤束对脉冲激光进行引导以及对激发荧光进行传输，可让操作者手持光纤探头灵活地对待测物质进行检测；同时，本发明专利技术使用多个探测器同时探测不同波长下的荧光寿命及光谱信息，能对微弱的自发荧光光谱及荧光寿命进行高灵敏度的探测，具有探测精度高，探测速度快的特点。因此，本发明专利技术的提出为待测物质荧光寿命及荧光光谱的高灵敏度便捷测量提供了可行途径，将在生物学、医学、材料科学等研究领域及临床医学诊断方面具有重要应用。
Discrete Spectrum and Fluorescence Lifetime Detection Method of Optical Fiber Conduction Multi-detector and Sensor
【技术实现步骤摘要】
光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法及传感器
本专利技术属于化学物质检测
，可用于对物质的化学成分进行高灵敏度探测鉴别，将在生物学、医学、材料科学等研究领域及临床医学诊断方面具有重要应用。
技术介绍
在生物、物理、化学和材料等学科领域，光谱检测及分析由于其非常高的灵敏度、分子特异性和非接触测量特性已经成为基础研究的一项基本的测量手段。在工业界，光谱检测和分析已广泛应用于各种污染物的成分检测、食品成分检测、工业原料成分检测、石油原油成分检测等等。在医学领域，荧光光谱技术和荧光显微成像技术为肿瘤和癌症的实时成像和检测提供了全新的方向，并且有望发展成为适用于临床诊断的医疗技术。由此可见，光谱检测技术是一种非常实用而且有前景的光学检测手段。通常荧光测量或成像技术多数通过荧光强度的测量，容易受激发光强度、样品猝灭和荧光染料的分布和浓度等许多因素的影响，因此难以做到定量测量。而荧光寿命测量一般来说是绝对的，不受激发光强度、荧光团的浓度和光漂白等因素的影响，且不受其他限制强度测量因素的制约，仅与荧光团所处的微环境密切相关。因此，通过对样品进行荧光寿命测量可对被测物质所处的微环境的很多生化参数如pH值、离子浓度、温度等分布进行定量测量。另外，荧光寿命探测可与共聚焦显微、多光子荧光激发显微等多种成熟技术相结合，为生物医学及临床诊断提供全新的研究手段。由于荧光寿命和荧光光谱分别对荧光分子所处的微环境和荧光团分子的种类敏感。如果二者可以结合能够为生物医学检测和分析提供互补的功能信息，将在生物学、医学、材料科学等研究领域以及临床医学诊断方面产生重要的影响。然而，目前市场上的荧光检测类仪器大多采用相机来对不同波长的荧光信息进行检测，存在灵敏度不高，使用不方便等问题。特别是对待测物质的自发荧光寿命进行测量时，其每个脉冲激发出来的荧光信号极其微弱，荧光寿命也极其短暂，因此基于相机测量荧光信息的光谱检测类仪器完全无法捕捉到如此微弱且短暂的荧光信息。而且在检测过程中，通常需要将待测物质取下来放到仪器中进行检测，不方便原位检测，检测过程也十分复杂。
技术实现思路
为了解决荧光寿命及光谱的高灵敏度探测，本专利技术提出了“光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法及传感器”。本专利技术利用光纤或光纤束对脉冲激光进行引导以及对激发荧光进行传输，可让操作者手持光纤探头灵活地对待测物质进行检测；同时，本专利技术使用多个探测器同时探测不同波长下的荧光寿命及光谱信息，不会因为使用光束延时技术造成信噪比降低，也不会因为多波长多次探测及滤波片的旋转影响探测的时间分辨率，为高精度实时检测奠定了基础。因此，本专利技术的提出为物质自发荧光的高灵敏度便捷测量提供了可行途径。一方面，本专利技术提供一种光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其步骤为：(a)通过激发光纤将脉冲激光传输并照射在待测物质上，所述激发光纤的一端接收由脉冲激光光源耦合进来的脉冲激光，另一端将脉冲激光导出并照射在所述待测物质上；(b)将从所述待测物质激发出来的荧光通过收集光纤传输后利用分光系统分成N路，并对所分出来的每一路荧光用不同中心波长的带通滤光片对其进行滤光，各带通滤光片对应的中心波长为λn，带通宽度为δλn，其中，n=1,2,…,N；(c)使用N个光强探测器分别测量由所述各带通滤光片滤得的对应波长下随时间变化的荧光光强信息，数据分析后得到对应波长下的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱；(d)通过对所述不同波长下待测物质的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱信息鉴别所述待测物质的化学成分。另一方面，本专利技术还提供了光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测传感器，包括脉冲激光光源，以及激发光纤、收集光纤、分光系统、N个带通滤光片、N个光强探测器，信号采集器，计算机；其中激发光纤将脉冲激光传输并照射在待测物质上，收集光纤及分光系统将从所述待测物质激发出来的荧光收集并分成N路，N个带通滤光片分别将所述分成的N路荧光进行滤光，N个光强探测器分别探测由所述各带通滤光片滤得的对应中心波长下的随时间变化的荧光光强信息，所述信号采集器将所述各光强探测器测得的荧光光强信息转化后传输给所述计算机，由所述计算机分析得到荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱。本专利技术对比已有技术具有以下创新点：1.使用多个光强探测器同时探测不同波长下荧光的寿命，并基于此鉴别待测物质化学成分，显著提高了系统的鉴别速度及鉴别准确度；2.本专利技术同时探测待测物质在不同波长下的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱信息，信息量大，可显著提高鉴别准确度；3.利用光纤和光纤束对脉冲激光进行引导以及对激发荧光进行传输，提高了探测系统的灵活性，方便了该传感器在不同应用场景进行手持式操作；4.本专利技术可用于自发荧光的高灵敏度测量，利用待测物质的自发荧光来检测其化学成分，在检测过程中无需使用荧光标记物，因此检测过程非常方便。本专利技术对比已有技术具有以下显著优点：1.本专利技术使用多个探测器同时探测不同波长下待测物质的荧光寿命及相对荧光强度谱信息，具有探测速度快、探测精度高的优势；2.多探测器同时测量可以消除各激光脉冲强度不稳定因素造成的测量精度受限问题；3.相比于空间自由光束传输的荧光探测系统，本专利技术采用光纤引导的方式来进行物质成分鉴别，使用灵活。附图说明图1为本专利技术光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法的示意图；图2为本专利技术用光纤束替代激发光纤和收集光纤的示意图；图3为本专利技术用光纤束替代激发光纤、收集光纤和分光系统的示意图；图4为本专利技术用多光强探测器组替代N个光强探测器的示意图；图5为本专利技术光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测传感器的示意图；图6为本专利技术利用准直透镜、分光镜和反射镜组成的分光系统的示意图；图7为本专利技术利用准直透镜和光栅组成的分光系统的示意图；图8为本专利技术光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测实施例的示意图；其中：1-脉冲激光光源、2-激发光纤、3-待测物质、4-收集光纤、5-分光系统、6-第一滤光片、7-第二滤光片、8-第N滤光片、9-第一光强传感器、10-第二光强传感器、11-第N光强传感器、12-光纤束、13-多光强探测器组、14-信号采集器、15-计算机、16-准直透镜、17-第一分光镜、18-第二分光镜、19-反射镜、20-光栅、21-一号二向色分光镜、22-二号二向色分光镜、23-三号二向色分光镜、24-第三滤光片、25-第四滤光片、26-第一光电倍增管、27-第二光电倍增管、28-第三光电倍增管、29-第四光电倍增管。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术利用从待测物质中激发出来的不同波长荧光的寿命来判断待测物质的化学成分，其基本思想是利用多个探测器对不同波长的荧光信息进行同时探测，显著提高系统的鉴别速度和精度；利用光纤引导激光和收集荧光，显著增强系统的灵活性，进而实现操作者手持光纤探测器对被测物质进行快速检测。实施例1本实施例需要解决的问题是鉴别待测白色粉末状物质是海洛因毒品还是面粉。本实施例使用四个光电倍增管作为光强探测器分别对从待测物质激发出来的400nm，450nm，530nm和580nm这四个波长的荧光信号进行探测，并根据所测得的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱信息来鉴别待测物质的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其特征在于：(a)通过激发光纤将脉冲激光传输并照射在待测物质上，所述激发光纤的一端接收由脉冲激光光源耦合进来的脉冲激光，另一端将脉冲激光导出并照射在所述待测物质上；(b)将从所述待测物质激发出来的荧光通过收集光纤传输后利用分光系统分成
【技术特征摘要】
1.光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其特征在于：(a)通过激发光纤将脉冲激光传输并照射在待测物质上，所述激发光纤的一端接收由脉冲激光光源耦合进来的脉冲激光，另一端将脉冲激光导出并照射在所述待测物质上；(b)将从所述待测物质激发出来的荧光通过收集光纤传输后利用分光系统分成N路，并对所分出来的每一路荧光用不同中心波长的带通滤光片对其进行滤光，各带通滤光片对应的中心波长为λn，带通宽度为δλn，其中，n=1,2,…,N；(c)使用N个光强探测器分别测量由所述各带通滤光片滤得的对应波长下随时间变化的荧光光强信息，数据分析后得到对应波长下的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱；(d)通过对所述不同波长下待测物质的荧光寿命及不同波长之间的相对荧光强度谱信息鉴别所述待测物质的化学成分。2.根据权利要求1所述的光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其特征在于：所述步骤(d)中鉴别待测物质的化学成分时：通过所述待测物质在不同波长下的荧光寿命对所述待测物质的化学成分进行鉴别。3.根据权利要求1或2所述的光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其特征在于：用光纤束替代所述激发光纤和收集光纤：将光纤束中的其中一根光纤作为激发光纤传输脉冲激光，将光纤束中的其余M根光纤作为收集光纤收集从所述待测物质中激发出来的荧光；所述M根光纤经过传输后在末端合并，将收集的荧光合束后传输到所述分光系统。4.根据权利要求1或2所述的光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测方法，其特征在于：用光纤束替代所述激发光纤、收集光纤和分光系统：将光纤束中的其中一根光纤作为激发光纤传输脉冲激光，将光纤束中的其余N根光纤作为收集光纤收集从待测物质中激发出来的荧光，经过传输后将N根光纤分开，得到N路收集的荧光，并在随后由N个不同中心波长的带通滤光片对各路收集的荧光进行滤光。5.光纤传导多探测器分立光谱及荧光寿命探测传感器，包括脉冲激光光源，其特征在于：所述传感器包括激发光纤、收集光纤、分光系统、N个带通滤光片、N个光强探测器，信号采集器，计...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳苗，龚雷，
申请(专利权)人：杨佳苗，
类型：发明
国别省市：上海,31
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