一种上转换发光颗粒多参数检测系统和方法，该系统包括照明单元、样品池、功率检测单元、透射光检测单元、散射光检测单元、上转换发光检测单元、功率检测单元前置放大电路、透射光检测单元前置放大电路、散射光检测单元前置放大电路、控制与数据采集单元和数据处理单元。通过检测光源的功率来补偿光源的微小波动所引起被测量的较大偏移；通过同时收集颗粒的上转换发光、透射光和散射光来探测ＵＣＰ悬浊液的浊度和浓度。将待测ＵＣＰ悬浊液的散射透射光比值及上转换发光信号与标准工作曲线进行比对，得出待测ＵＣＰ悬浊液样品的浊度和浓度值，本发明专利技术具有敏感性高、可靠性高、稳定性好、结构简单、易于装校、且成本较低、对操作人员要求低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及上转换发光，特别是一种。 本专利技术通过同时接收上转换发光颗粒的透射光、散射光和上转换发光来确定上转换发光 悬浊液的浊度和浓度，以实现对上转换发光颗粒的光学特性的快速、客观、准实时甚至 实时检测。
技术介绍
红外上转换发光材料(Up-Converting Phosphor，以下简称为UCP)是由稀土元素掺杂于晶体的晶格中构成的纳米级颗粒，故又称为上转换发光颗粒(简称为UCP颗粒)， 它在红外光(波长> 780nm)激发下发射可见光(波长为475-670nm)，它在三维立体显 示、红外探测、生物荧光示踪、防伪等诸多方面具有广泛的应用前景。在对UCP颗粒 进行一系列表面修饰与活化后，可将其作为生物标记物与多种生物活性分子相结合，以 其独特的上转换发光特性指示生物活性分子之间高敏感特异性的识别。当UCP颗粒作为 生物标记物时，通过检测其上转换发光强度，可得到与其相结合的生物物质的浓度。因 此，为了准确得到生物物质的浓度，必须把握和控制UCP颗粒在特定浓度和浊度下的上 转换发光强度特性。UCP颗粒检测系统通过检测UCP悬浊液的散射光、透射光及上转换 发光强度实现。在先技术1 “激光浊度仪”(申请号200920099825.8)中，定量检测悬浊液的散 射光和/或透射光强度，实现对其浊度的检测，此检测方法只能得到悬浊液的浊度值， 不能直接检测UCP颗粒的上转换发光特性及浓度；采用高亮度的激光作为光发射器，使 浊度仪的信噪比大大提高，全面提高了仪器的稳定性，但无法处理光源的波动所引起的 信号的波动，且该浊度仪采用透射光信号作为检测信号，线性度较差，灵敏度较低。在先技术2 “双散射光浊度仪”(申请号01253067.0)中，采用双散射光通道 差动输出作为测量值，使干扰电信号噪声相互抵消，提高了信噪比，但是其采用灯作为 光源，由于灯发出的光多在可见光范围内，在检测有色样品时容易被色度影响，不能检 测带色样品。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种上转换发光颗粒多 参数检测系统和方法，该检测系统应具有敏感性高、可靠性高、稳定性好、结构简单、 易于装校、且成本较低、对操作人员要求低等优点。本专利技术是基于上转换发光理论、Lambert-Beer定理和光散射理论，对UCP悬浊 液的浊度和浓度进行检测的。检测原理是UCP悬浊液的上转换发光强度与以下因素有关1.激发光强度I。；2.UCP悬浊液单位体积内的UCP颗粒数量N，即UCP悬浊液浓度；3.UCP颗粒上转换发光效率n。当入射的激发光强度满足激发阈值条件且激发光强度Itl和上转换发光效率η — 定时，UCP悬浊液浓度一定的悬浊液的上转换发光强度趋于一个定值；即UCP悬浊液的 浓度越高，其上转换发光强度越大。测量区内UCP颗粒的总含量M与测量区的容量V和UCP悬浊液浓度N存在比 例关系，即M VXN,(1)在满足Ici与η恒定的条件后，上转换发光强度I,。满足如下关系L90. oc Μ VXN.(2)由Lambert-Beer定理可知，一束强度为L、波长为λ的单色平行光入射到含有 无序而均勻分布的被测颗粒群介质时，由于颗粒对光的散射和吸收作用，透射光的强度 将受到衰减，其衰减程度与颗粒的大小和浓度相关，这就为颗粒检测提供了一个尺度。 透射光的强度V为I0. = Κ0Ι0ε_Κτ,(3)沿90°方向的总散射光强度I9Q。为190。= K1I0 τ e_KT，(4)在低浊度时，沿90°方向的散射光强度为I90. = K1I0 τ e_KT oc K1I0 τ (5)高浊度时，散射光强度和透射光强度比(比浊法，简称为散透比)为Ι ==K2T/0。 KJ0e τ,(5)其中I。为入射光强度；τ为浊度，正比于单位体积中悬浮物的含量；K为与测量区域有关的系数；K0, K1, K2为与光电探测器的光电转换效率有关的系数。由公式(5)和式(6)可知，在低浊度时，散射光强信号与浊度之间有较好的线性 关系，高浊度时散透比与浊度之间有较好的线性关系，因此，在低浊度和高浊度时分别 采用(5)式和式(6)，能够得到较宽的线性范围，如图1所示，得出O 、浊度范围内 的拟合曲线，如图1所示，该曲线以浊度τ。作为分界线，在低于该浊度时用式(5)进行 拟合，高于该浊度时用式(6)进行拟合。本专利技术的技术解决方案如下一种上转换发光颗粒多参数检测系统，特点在于其构成包括照明单元、样品 池、功率检测单元、透射光检测单元、散射光检测单元、上转换发光检测单元、功率检 测单元前置放大电路、透射光检测单元前置放大电路、散射光检测单元前置放大电路、 控制与数据采集单元和数据处理单元所述的照明单元由激光器、准直镜、分色镜、柱面镜组成，所述的激光器发出 的激光经所述的准直镜变成平行光束，该平行光束经所述的分色镜分成反射光束和透射 光束，所述的反射光束经柱面镜形成一定尺寸、形状的激发光束照射所述的样品池；在所述的透射光束方向设置所述的功率检测单元；所述的功率检测单元沿透射光束方向依次由第一滤光片、第一聚焦镜、第一小 孔光阑和第一光电探测器组成；所述的样品池由比色皿和比色皿槽组成；所述的比色皿是透明的，用于装设待 测的上转换发光悬浊液，简称为UCP悬浊液；该比色皿位于所述的激发光束的光路中， 所述的激发光束照射所述的比色皿的待测的UCP悬浊液后形成透射光、散射光和上转换 发光；在所述的比色皿的透射光方向设置所述的透射光检测单元，该透射光检测单元 沿透射光方向依次由第二滤光片、第二聚焦镜、衰减片、第二小孔光阑和第二光电探测 器组成；在所述的比色皿的上方设置所述的散射光检测单元，该散射光检测单元依次由 第三聚焦镜、第三滤光片、第四聚焦镜、第三小孔光阑和第三光电探测器组成；在所述的比色皿的下方设置所述的上转换发光检测单元，该上转换发光检测单 元沿所述的上转换发光方向依次由第四聚焦镜、第五聚焦镜、第四小孔光阑和光电倍增 管组成；第一光电探测器输出的电信号经所述的功率检测单元前置放大电路后输出的电 信号、第二光电探测器输出的电信号经所述的透射光检测单元前置放大电路后输出的电 信号、所述的第三光电探测器输出的电信号经所述的散射光检测单元前置放大电路后输 出的电压信号和所述的光电倍增管输出的电信号一起经所述的控制与数据采集单元采 集，实现A/D转换后送入所述的数据处理单元进行数据处理，将被测UCP悬浊液的参数 显示、存储或输出；所述的检测系统在测量前应进行必要的调整和标定。所述的透射光检测单元、散射光检测单元和上转换发光检测单元集合在同一个 腔体中。所述的散射光检测单元和上转换发光检测单元的光路位置可以互换，唯一的要 求是所述的散射光检测单元和上转换发光检测单元的光路互不干扰且垂直于所述的激发 光束并通过所述的比色皿的平面内。所述的第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片为长通型滤光片，只透过所述的 激光器发射的红外光，用于滤除杂光。所述的第一小孔光阑、第二小孔光阑、第三小孔光阑、第四小孔光阑用于限定 收集光束的孔径和立体角，限定探测器的接收面积以保证光束的孔径小于或等于探测器 的感光面积。所述的调整和标定的方法，包括如下步骤(一 )电路参数的确定①将浓度为2.0mg/ml的标准UCP悬浊液样品震荡摇勻后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种上转换发光颗粒多参数检测系统，特征在于其构成包括照明单元（１）、样品池（２）、功率检测单元（３）、透射光检测单元（４）、散射光检测单元（５）、上转换发光检测单元（６）、功率检测单元前置放大电路（７）、透射光检测单元前置放大电路（８）、散射光检测单元前置放大电路（９）、控制与数据采集单元（１０）和数据处理单元（１１）：所述的照明单元（１）由激光器（１０１）、准直镜（１０２）、分色镜（１０４）、柱面镜（１０６）组成，所述的激光器（１０１）发出的激光经所述的准直镜（１０２）后变成平行光束（１０３），该平行光束（１０３）经所述的分色镜（１０４）分成反射光束（１０５）和透射光束（３０１），所述的反射光束（１０５）经柱面镜（１０６）后形成一定尺寸、形状的激发光束（２０１）照射所述的样品池（２）；在所述的透射光束（３０１）方向设置所述的功率检测单元（３）； 所述的功率检测单元（３）沿透射光束（３０１）方向依次由第一滤光片（３０２）、第一聚焦镜（３０３）、第一小孔光阑（３０４）和第一光电探测器（３０５）组成； 所述的样品池（２）由比色皿（２０３）和比色皿槽（２０２）组成； 所述的比色皿（２０３）是透明的，用于装设待测的样品；该比色皿（２０３）位于所述的激发光束（２０１）的光路中，所述的激发光束（２０１）照射所述的比色皿（２０３）的待测的样品后形成透射光（４０１）、散射光（５０１）和上转换发光（６０１）； 在所述的比色皿（２０３）的透射光（４０１）方向设置所述的透射光检测单元（４），该透射光检测单元（４）沿透射光（４０１）方向依次由第二滤光片（４０２）、第二聚焦镜（４０３）、衰减片（４０４）、第二小孔光阑（４０５）和第二光电探测器（４０６）组成； 在所述的比色皿（２０３）的一方设置所述的散射光检测单元（５），该散射光检测单元（５）依次由第三聚焦镜（５０２）、第三滤光片（５０３）、第四聚焦镜（５０４）、第三小孔光阑（５０５）和第三光电探测器（５０６）组成；在所述的比色皿（２０３）的另一方设置所述的上转换发光检测单元（６），该上转换发光检测单元（６）沿所述的上转换发光（６０１）方向依次由第四聚焦镜（６０２）、第五聚焦镜（６０３）、第四小孔光阑（６０４）和光电倍增管（６０５）组成； 第一光电探测器（３０５）输出的电信号经所述的功率检测单元前置放大电路（７）输出的电信号、第二光电探测器（４０６）输出的电信号经所述的透射光检测单元前置放大电路（８）输出的电信号、所述的第三光电探测器（４０６）输出的电信号经所述的散射光检测单元前置放大电路（９）后输出电压信号和所述的光电倍增管（６０５）输出的电信号一起经所述的控制与数据采集单元（１０）采集，实现Ａ／Ｄ转换后送入所述的数据处理单元（１１）进行数据处理，将被测ＵＣＰ悬浊液的参数显示、存储或输出； 所述的检测系统还进行了必要的调整和标定。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯春霞，王剑波，黄立华，屈建峰，黄惠杰，周蕾，杨瑞馥，郑岩，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
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