一种全光纤荧光信号增强检测系统技术方案

一种全光纤荧光信号增强检测系统，是将荧光的激发、增强、收集等集于一体的荧光检测系统。现有技术结构复杂、激光诱导的荧光信号弱、检测灵敏度低。本发明专利技术将光路设计成全光纤传输，利用光在空芯光纤内的束缚作用，将光和检测样品限制在空芯光纤内进行检测，一方面增强了光和物质的相互作用，另一方面也增强了荧光信号的收集效率。检测系统具体包括光源模块、入射滤波模块、输入端光纤、样品注入模块、空芯光纤、样品流出模块、输出端光纤、接收滤光模块以及荧光检测模块。激励光经过光纤跳线通过准直器与低通滤波片，进入空芯光纤，光被限制在空芯中，同时待测样品经过双三通阀结构进出空芯光纤，光与物质在空芯光纤内相互作用后释放出荧光，荧光信号经过滤波后被光谱仪或者光电探测器接收，得到荧光光谱或者荧光强度信息。本发明专利技术系统简单、稳定性好、检测灵敏度高，可以实现快速便捷的在线式检测。实现快速便捷的在线式检测。实现快速便捷的在线式检测。

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤荧光信号增强检测系统


[0001]本专利技术涉及水质荧光激发与检测
，具体涉及一种全光纤荧光信号增强检测系统。

技术介绍

[0002]水资源作为人类赖以生存和发展的重要资源之一，水质问题直接影响社会与经济的持续稳定发展。而重金属离子的污染问题是水质问题的关键，因此，研究高灵敏度、高选择性的重金属离子检测方法对保护水质安全至关重要。传统的检测分析方法由于受到仪器成本、选择性、灵敏度等因素的影响，在一定程度上限制了水质中重金属离子检测的应用。相比于传统检测技术，荧光检测技术具有检测灵敏度高、选择性好、操作简便等优点。当光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子从基态跃迁到高能态，由于高能态不稳定，当电子由第一激发态单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，产生荧光。随着实时荧光检测技术的发展，微型便携式荧光检测系统在水质检测、生物检测等领域发挥越来越重要的作用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种全光纤荧光信号增强检测系统，具体有集成性高、结构简单、体积小、激发效率高、收集效率高、检测种类多的特点。
[0004]本专利技术的基本构思是：将样品与激励光在空芯光纤内作用产生荧光，利用外置双滤波片结构实现激励光二次作用的荧光增强功能。具体结构包括光源模块、入射滤波模块、输入端光纤、空芯光纤、样品进出模块、输出端光纤、长通滤波模块以及荧光接收模块。
[0005]空芯光纤是荧光激发模块，可以为大宽带的空芯光子晶体光纤、反谐振空芯光纤、壁上镀有反射膜的空芯毛细管，支持激励光及荧光在其内部传输；空芯光纤利用其特殊的原理可以将激励光与荧光束缚在纤芯内，同时空芯部分通待测样品，实现并增强光与物质的相互作用。
[0006]在样品进出模块中，实验前对进出样软管、空芯光纤以及两个三通阀进行疏水处理，首先将疏水物品放入75%乙醇中，拧紧放在超声清洗机内振动10分钟；然后配置疏水溶液，将95%丙酮与5%十八烷甲基三甲氧基硅烷混合，取出疏水物品放入疏水溶液中静置5
‑
8小时；最后再将疏水物品再次放入乙醇中，在超声清洗机内振动10分钟后取出，放入烘箱内50摄氏度烘10分钟取出。经过疏水处理后，软管、空芯光纤与三通阀表面残留的样品减少，防止内壁粘样品影响下次实验，实现系统的可重复性。
[0007]在双滤波片系统中，入射滤波模块核心为带通或低通滤波片，使激励光通过，滤掉不需要的波长的光。当光与物质作用产生荧光后，由于产生的荧光方向是四面八方的，反射回入射端的部分荧光经入射滤波片再反射回腔内，在输出端二次收集。出射滤波模块核心为长通滤波片，将激励光反射回腔内与样品二次作用，同时通过波长较长的荧光，进入荧光收集模块进行检测。滤波片放置在由两个光纤准直器之间，使光最大效率地耦合进入输出
端光纤。空芯光纤与两个滤波模块是紧密相连的。将滤波模块设计成独立可拆卸模块，一方面这种设计结构简单、组装方便；另一方面可拆卸更换的滤波片适用于更多荧光波长不同的物质的检测，应用场景增多。
[0008]在荧光接收模块中，涉及到两种检测方式，一种是利用光谱仪得到荧光光谱，可以接收荧光光谱的形状、波峰位置、荧光信号大小等信息，适用于初步分析荧光信号的准确性；第二种是利用光电检测器，得到荧光光强的大小，适用于后期分析样品浓度与荧光大小的关系。两种方式通过切换单模光纤出射端的连接端即可实现，切换简单、不会破坏光路结构。
[0009]本专利技术结构简单，在全光纤的系统内实现荧光的激发、增强与收集，双滤波片结构引起激励光二次激发与荧光二次收集增强了荧光的激发与收集效率。通过简单的连接方式，将各个模块连接在一起，具有集成性高、结构简单、可重复使用、体积小、激发效率高、收集效率高、检测种类多的特点。
[0010]本专利技术的有益效果1. 通过使用全光纤耦合激发并产生荧光，减小系统体积，结构简单且稳定，实现便携式荧光激发采集系统。
[0011]2. 通过使用独立可切换式的双滤波片结构，增加激励光与样品作用体积，提高荧光收集效率，切换滤波片可以进行更多种类样品的荧光检测。
[0012]3. 通过使用空芯光纤，实现并增强荧光的激发与采集，无需借助传统荧光检测的显微镜结构来采集荧光。
[0013]4. 通过对进出样软管、空芯光纤以及双三通阀进行疏水处理，减少内壁粘样的情况，实现系统的可重复使用。
[0014]5. 通过双检测通道，既可以获得荧光光谱信息，也可以获得光强信息，实现多种光谱信息的获得。
附图说明
[0015]图1是全光纤荧光信号增强检测系统的原理图图2是全光纤荧光信号增强检测系统的三维结构图图3是样品进出模块的结构图图4是全光纤荧光信号增强检测系统采集的汞离子不同浓度荧光光谱图附图标记1
‑
光源，提供激发光2
‑
输入端光纤跳线，用于连接光源与准直器3
‑
光纤准直器1，用于光路准直4
‑
光纤准直器2，用于光路准直5
‑
低通滤波片或带通滤波片，过滤杂光，通激励光6
‑
输入端光纤，用于连接入射端准直器与空芯光纤7
‑
进水口三通阀，密封进水口部分8
‑
空芯光纤9
‑
出水口三通阀，密封出水口部分
10
‑
输出端光纤，用于连接空芯光纤与出射端准直器11
‑
长通滤波片，截止波长为550nm，反射激励光，通荧光12
‑
光纤准直器3，用于光路准直13
‑
光纤准直器4，用于光路准直14
‑
输出端光纤跳线，用于连接准直器与荧光接收模块15
‑
荧光接收模块，为光谱仪或光电探测器，用于接收荧光光强16
‑
废液池。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0017]例1：在壁上镀有铝膜的空芯毛细管内实现对不同浓度的重金属汞离子的检测，壁上镀有铝膜的空芯毛细管是在空芯石英光纤外壁上蒸镀金属层后经过涂覆制成的，金属层可为铝或金层，厚度约为300nm，空芯毛细管的长度为2cm。空芯毛细管内径为680微米，外径为1000微米。激发光为波长532nm的激光，出射滤波片截止波长为550nm，最终荧光光谱峰值波长为590nm。
[0018]（1）如图所示1，一种全光纤荧光信号增强检测系统，包括光源（1）、壁上镀有反射膜的空芯毛细管（8）、样品进出模块、输入端光纤（6）、输出端光纤（10）、出射滤波模块以及荧光检测模块。其中出射滤波模块为长波通型滤波片。光源通过光纤跳线与入射滤膜模块相连接，入射、出射滤波模块与空芯毛细管之间用光纤连接，出射滤波模块通过石英光纤连接到采集系统。激发光由此路径在荧光激发系统中传输，荧光由此路径在采集系统中传输。
[0019]（2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全光纤荧光信号增强收集检测系统，其特征在于：该装置包括光源模块、入射滤光模块、输入端光纤、样品注入模块、空芯光纤、样品流出模块、输出端光纤、接收滤光模块以及荧光检测模块，所述光源为窄线宽激光或者宽带白光光源；入射滤光模块包括两个对射的光纤准直器以及插入其中的入射滤光片；激励光经入射滤光模块传输至输入端光纤，波长大于临界波长的光被滤除；输入端光纤的外径小于空芯光纤的空芯孔径，输入端光纤插入空芯光纤的空芯孔径内，并把激励光导入其中；样品注入模块由三通阀构成，其A端用于固定输入端光纤，B端用于固定空芯光纤，C端用于加注样品，注入的样品将通过空芯光纤及插入其中的输入端光纤之间的缝隙进入空芯光纤孔径内；激励光和样品都在空芯光纤的孔径内传输，两者相互作用并激励出荧光信号；空芯光纤可以为大宽带的空芯光子晶体光纤、反谐振空芯光纤、壁上镀有反射膜的空芯毛细管，支持激励光及荧光在其内部传输；样品流出模块由另外一个三通阀构成，其A端用于固定空芯光纤，B端用于固定输出端光纤，C端用于排出检测样品，空芯内的光信号耦合进入插入其中的输出端光纤，空芯光纤内的样品将通过空芯光纤及插入其中的输出端光纤之间的缝隙流出空芯光纤的孔径，并通过C号端口排出；接收滤光模块包括两个对射的光纤准直器以及插入其中的接收滤光片，接收滤光片实现对激励光波长的反射及荧光信号的透射；穿透的荧光信号进入荧光检测模块，实现信号的检出。2.根据权利要求1所述的一种全光纤荧光信号增强检测系统，其特征在于，所述光源为窄线宽激光器或者白光光源，通过光纤跳线将激励光导入光路传输模块中。3.根据权利要求1所述的一种全光纤荧光信号增强检测系统，其特征在于，入射滤波模块中，两个光纤准直器相对放置，入射滤波片夹在两个光纤准直器之间，入射滤波片为带通或低通滤波片，其透过率下降沿的截止波长需小于待测样品荧光波长；入射光由入射滤波模块传入光纤中，通过光纤将激励光导入空芯光纤。4.根据权利要求1所述的一种全光纤荧光信号增强检测系统，其特征在于，所述空芯光纤可以为大宽带的空芯光子晶体光纤、反谐振空芯光纤、壁上镀有反射膜的空芯毛细管，支持激励光及荧光在其内部传输；将输入端光纤与输出端光纤的一端约5mm处的涂覆层都去除，去除涂覆层后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光辉，丁浩男，朱毅凡，刘晓娴，王一鸣，陈熙，
申请(专利权)人：南京捷芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：