基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備的製作方法

2023-08-03 19:56:11 1

基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備的製作方法
【專利摘要】本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，涉及一種利用光學手段測定材料的化學或物理性質的設備，特別是涉及一種利用光學手段測定流經透明小容器的材料的化學或物理性質的設備。其目的是為了提供一種結構簡單、成本低、流路體積小、流通池置於儀器殼體外，可同時檢測多波長的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備。本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，包括：光源裝置、流通池、一分多光纖束光纖和第一接收裝置。本發明的多波長在線檢測設備，其結構簡單，生產成本低，不需要光譜儀和光柵即可實現多波長同時檢測，且流通池外置，降低了管路體積，提高了純化性能。本發明用於液相色譜儀或層析系統的光檢測器領域。
【專利說明】基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用光學手段測定材料的化學或物理性質的設備，特別是涉及一 種利用光學手段測定流經透明小容器的材料的化學或物理性質的設備。

【背景技術】
[0002] 目前，一般層析柱或色譜柱後需要接在線檢測器，包括紫外可見光、電導、pH、蒸發 光散射、示差折光、螢光等檢測器，根據不同的應用需要進行配置，如圖6所示。
[0003] 其中在線紫外與可見光檢測器是配置最為廣泛的一種，不同公司提供的紫外在線 檢測器的結構也存在較大的差異。如：
[0004] 1、全波長範圍內在線三波長檢測設備：
[0005] 全波長範圍內在線三波長檢測設備如圖7所示，這種設計是採用氙燈做光源，在 190-700nm波長範圍內採用任意的三個波長同時進行在線檢測。但是這種光路結構設計復 雜，而且設計壽命由於光柵的不斷翻轉容易折損而影響使用壽命，同時維修成本高。
[0006] 2、單波長在線檢測設備：
[0007] 單波長在線檢測設備如圖8所示，這種採用汞燈或者鋅燈為光源，採用濾光片進 行波長的選擇，但每次只能選擇一個濾光片採集一個波長的數據，最多在儀器上可以放置 三個濾光片，因不同的實驗要求進行手動旋轉選擇濾光片。這種結構的設計雖然成本大為 降低，但是每次只有一個波長的在線檢測，無法滿足客戶需要兩個或多個波長的在線檢測 要求。
[0008] 3、高壓液相的全波長在線檢測設備：
[0009] 高壓液相的全波長在線檢測設備如圖9、圖10所示，為全波長在線檢測器，可以進 行二維圖像掃描，但價格昂貴。另外這種設計是將流通池內置於儀器機箱裡面，通過管線引 進機箱內部測量數據。缺點是流路體積增加，對於檢測一般不再收集檢測後樣品，影響不 大；但對於製備而言，管路死體積過大會導致柱後擴散增加，而降低分離效果。
[0010] 4、可變波長檢測設備：
[0011] 可變波長檢測設備如圖11所示，該設備的缺點是只能做單波長在線檢測，而且流 通池需要內置增加流路死體積而增加樣品擴散。


【發明內容】

[0012] 本發明是要解決以上技術問題而提供一種結構簡單、成本低、流通池外置而降低 製備的流路體積，且可以同時檢測多個波長的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設 備。
[0013] 本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，包括：光源裝置、流通池、一 分多光纖束光纖和第一接收裝置；其中，所述的光源裝置包括光源和凸透鏡；所述的光源 位於凸透鏡前方；所述的光源為氙燈、氘燈、汞燈、汞鎢燈、齒鎢燈、鋅燈或LED燈；所述光源 的功率為1?200W ;所述的流通池長度為1?20mm，內徑為0. 25?50. 8mm ;所述的一分多 光纖束光纖為第一捆綁的多芯光纖或第一帶光纖分光器的光纖；所述的第一帶光纖分光器 的光纖包括第一光纖分光器（Beam Spliter)和第一標準光纖；所述的第一光纖分光器的光 纖入口和光纖出口均接有第一標準光纖；所述的第一接收裝置包括多組接收元件，所述的 接收元件每組包括一個第一濾光片和一個第一光電二極體，所述的第一濾光片位於第一光 電二極體前方；所述的第一濾光片的波長為190?800nm ;所述的光源裝置後方設有流通 池；所述的光源裝置與流通池之間由光纖連通；所述的流通池後方設有第一接收裝置；所 述的流通池與第一接收裝置之間由一分多光纖束光纖連通；所述的光源裝置與流通池之間 的光纖和一分多光纖束光纖均為勻化抗紫外鈍化光纖、普通勻化光纖、抗紫外鈍化光纖（RS UV Fiber)、普通光纖中的一種或多種的組合。
[0014] 本發明中所述的接收裝置中的光電二極體成本顯著低於光譜儀和光柵，從而節約 製造成本。
[0015] 本發明中所述的光源裝置，凸透鏡位入光源後端，聚光後直接用光纖連接，光纖具 有標準的SMA905接頭。
[0016] 本發明中採用光纖連接，光路可以彎曲，從而可以將流通池置於機箱外部，減少流 體管路長度，顯著縮小流路體積，提高製備分離效率。
[0017] 本發明中所述的第一接收裝置中的接收元件，可選取其中一個為參比，實時檢測 光源的衰變，用於校正第一接收裝置所測得的數據。所設參比的接收元件，濾光片選擇某個 流過流通池的樣品沒有吸收的固定波長，一般可選擇長波長。也可不設參比，由於單個實驗 時間比較短，而燈的壽命很長，短時間的光強變化可以忽略。
[0018] 進一步，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的第一接收裝 置中的接收元件的數量為2?6個。
[0019] 本發明中所述的第一接收裝置中的接收元件，數量為2?6個，如不設置參比，則 可同時檢測的波長數為2?6個；如設置參比，則可同時檢測的波長數為2?5個。
[0020] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的濾光片的波 長為 206、214、254、280、313、365、405、436 或 546nm。
[0021] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的光源裝置與 流通池之間的光纖為勻化抗紫外鈍化光纖，所述的一分多光纖束光纖為抗紫外鈍化光纖。
[0022] 本發明中所述的光源裝置與流通池之間的光纖為勻化抗紫外鈍化光纖，所述的一 分多光纖束光纖為抗紫外鈍化光纖，可以提高光均勻性和光纖的壽命。
[0023] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的光源裝置與 流通池之間的光纖，在光纖與流通池之間設有準直鏡。
[0024] 本發明中在與流通池前端相連的光纖與流通池之間設有準直鏡，可以將光纖傳導 的出來的發散光轉為平行光，尤其適用於流通池光程較長的情況。光程較短，如流通池的長 度為2mm，則可以不設準直鏡。
[0025] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的第一帶光纖 分光器的光纖中的第一標準光纖與第一光纖分光器為一體式或分體式，一體式光纖指第一 標準光纖與第一光纖分光器是一個整體；分體式指第一標準光纖與第一光纖分光器分離， 光纖通過接口連接到分光器端面。
[0026] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的一分多光纖 束為一分二到一分六。
[0027] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的光源裝置與 流通池之間的光纖為第二標準光纖。
[0028] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的光源裝置與 流通池之間的光纖為一分二光纖束光纖，所述的一分二光纖束光纖後方還設有第二接收裝 置；所述的一分二光纖束光纖為第二捆綁的多芯光纖或第二帶光纖分光器的光纖；所述的 第二帶光纖分光器的光纖包括第二光纖分光器和第三標準光纖；所述的第二光纖分光器的 光纖入口和光纖出口均接有第三標準光纖；所述的第二接收裝置包括第二光電二極體。
[0029] 本發明中所述的光源裝置與流通池之間的光纖為一分二光纖束光纖，所述的光源 裝置與流通池之間的光纖後方還設有第二接收裝置；其目的是為了設置參比，實時檢測光 源的衰變，用於校正第一接收裝置所測得的數據。
[0030] 可選的，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的第一帶光纖 分光器的光纖中的第一標準光纖與第一光纖分光器為一體式或分體式。
[0031] 進一步，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的第二接收裝 置還包括第二濾光片，所述的第二濾光片位於第二光電二極體前方，所述的第二濾光片的 波長為190?800nm。
[0032] 進一步，本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，所述的第二接收裝 置中的第二濾光片的波長為 206、214、254、280、313、365、405、436 或 546nm。
[0033] 本發明基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備與現有技術的不同之處在 於：
[0034] 1、本發明的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備實現了不需要光譜儀或 翻轉光柵條件下的多波長同時檢測。
[0035] 2、本發明的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備採用光纖導光，實現了流 通池外置，減少了流體管路長度，從而有效地降低了流路體積，提高了分離效率和儀器的純 化性能。
[0036] 3、本發明的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備採用光電二極體感光，極 大地降低了成本，提高了競爭優勢，而且感光性能穩定。
[0037] 4、本發明的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備設置了參比，S卩：在第一 接收裝置中選擇一個接收元件所得數據作為參比，和在光源裝置與流通池之間一分二光纖 束光纖，一分二光纖束光纖後方設有第二接收裝置，取第二接收裝置做的數據作為參比，可 以實時檢測光源的衰變，從而校正檢測樣品時測得的數據，使所得結果更準確。
[0038] 下面結合附圖對本發明的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備作進一步 說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明在流通池後設帶光纖分光器的光纖的基於光纖的單流通池的多波 長在線檢測設備的結構示意圖，其中，1為光源，2為凸透鏡，3為第二標準光纖，4為流通池， 5為第一光纖分光器，6為濾光片，7為光電二極體；13為第一標準光纖；
[0040] 圖2為本發明在流通池後設捆綁的多芯光纖的基於光纖的單流通池的多波長在 線檢測設備的結構示意圖，其中1為光源，2為凸透鏡，3為第二標準光纖，4為流通池，6為 濾光片，7為光電二極體，11為第一捆綁的多芯光纖；
[0041] 圖3為本發明在流通池前設帶光纖分光器的光纖，且第二接收裝置中不設濾光片 的光纖的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備的結構示意圖，其中1為光源，2為凸 透鏡，4為流通池，5為第一光纖分光器，6為濾光片，7為光電二極體，8為第二光纖分光器， 9為第二光電二極體，13為第一標準光纖，14為第三標準光纖；
[0042] 圖4為本發明在流通池前設捆綁的多芯光纖，且第二接收裝置中不設濾光片的基 於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備的結構示意圖，其中1為光源，2為凸透鏡，4為流 通池，5為第一光纖分光器，6為濾光片，7為光電二極體，9為第二光電二極體，12為第二捆 綁的多芯光纖，13第一標準光纖；
[0043] 圖5為本發明在流通池前設帶光纖分光器的光纖，且第二接收裝置中設濾光片的 光纖的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備的結構示意圖，其中1為光源，2為凸透 鏡，4為流通池，5為第一光纖分光器，6為濾光片，7為光電二極體，8為第二光纖分光器，9 為第二光電二極體，10為第二濾光片，13第一標準光纖，14為第三標準光纖；
[0044] 圖6為層析流路圖；
[0045] 圖7為全波長範圍內在線三波長檢測設備的結構示意圖；
[0046] 圖8為單波長在線檢測設備的結構示意圖；
[0047] 圖9為高壓液相的全波長在線檢測設備的結構示意圖；
[0048] 圖10為高壓液相的全波長在線檢測設備的剖視圖；
[0049] 圖11為可變波長檢測設備的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0050] 實施例1
[0051] 如圖1所示，本實施例在流通池後設帶光纖分光器的光纖的基於光纖的單流通池 的多波長在線檢測設備，包括：光源裝置、光纖、流通池4、一分多光纖束光纖和第一接收裝 置；其中，光源裝置包括光源1和凸透鏡2 ;光源1位於凸透鏡2前方；光源1為氘燈燈，其 功率為30W ;光纖為第二標準光纖3 ;流通池長度為10mm，內徑為0· 5mm ;-分多光纖束光纖 為第一帶光纖分光器的光纖；第一帶光纖分光器的光纖包括第一光纖分光器5和第一標準 光纖13 ;第一光纖分光器5的光纖入口和光纖出口均接有第一標準光纖13 ;第一光纖分光 器5和第一標準光纖13是一個不可拆卸的整體；第一接收裝置包括3組接收元件，每組接 收元件包括一個第一濾光片6和一個第一光電二極體7，第一濾光片6位於第一光電二極體 7前方；三個第一濾光片6的波長分別為214nm、254nm和280nm ;光源裝置後方設有流通池 4 ;流通池4後方設有第一接收裝置；光源裝置與流通池4之間由光纖連通；流通池4與第 一接收裝置之間由第一帶光纖分光器的光纖連通；光源裝置與流通池之間的光纖為第二標 準光纖3 ;第二標準光纖3和第一帶光纖分光器的光纖均為抗紫外鈍化光纖（RS UV Fiber)。
[0052] 實施例2
[0053] 如圖1所示，本實施例在流通池後設帶光纖分光器的光纖的基於光纖的單流通池 的多波長在線檢測設備，與實施例1的不同之處在於：第一光纖分光器5又名光纖分路器， 與第一標準光纖13是可拆卸的，第一標準光纖13與第一光纖分光器5為可分離的兩部分， 第一標準光纖13通過接口連接到第一光纖分光器5的端面。。
[0054] 實施例3
[0055] 如圖1所示，本實施例在流通池後設帶光纖分光器的光纖的基於光纖的單流通池 的多波長在線檢測設備，與實施例1的不同之處在於：第一接收裝置中三個第一濾光片6的 波長分別為254、280和750nm。
[0056] 通過實驗確定樣品對某波長無吸收或極少吸收，通常為長波長的光，可以取其為 參比如波長為750nm的濾光片後的第一光電二極體7測所得數據作為參比，用於校正所測 樣品數據。
[0057] 實施例4
[0058] 如圖2所示，本實施例在流通池後設捆綁的多芯光纖的基於光纖的單流通池的多 波長在線檢測設備，與實施例1的不同之處在於：一分多光纖束光纖為第一捆綁的多芯光 纖11。
[0059] 實施例5
[0060] 如圖3所示，本實施例在流通池前設帶光纖分光器的光纖，且第二接收裝置中不 設濾光片的光纖的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，與實施例1的不同之處在 於：光源裝置與流通池4之間的光纖為一分二光纖束光纖，一分二光纖束光纖後方還設有 第二接收裝置；一分二光纖束光纖為第二帶光纖分光器的光纖；第二帶光纖分光器的光纖 包括第二光纖分光器8和第三標準光纖14 ;第二光纖分光器8的光纖入口和光纖出口均接 有第三標準光纖14 ;第二接收裝置包括一個第二光電二極體9。
[0061] 實施例6
[0062] 如圖4所示，本實施例在流通池前設捆綁的多芯光纖，且第二接收裝置中不設濾 光片的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，與實施例5的不同之處在於：光源裝 置與流通池之間的一分二光纖束光纖為第二捆綁的多芯光纖12。
[0063] 實施例7
[0064] 如圖5所示，本實施例在流通池前設帶光纖分光器的光纖，且第二接收裝置中設 濾光片的光纖的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，包括：光源裝置、一分二光纖 束光纖、流通池4、一分多光纖束光纖、第一接收裝置和第二接收裝置；其中，光源裝置包括 光源1和凸透鏡2,光源1位於凸透鏡2前方；光源1為閃爍氣燈，功率為5W ;-分二光纖束 光纖包括第二光纖分光器8和第三標準光纖14 ;第二光纖分光器8的光纖入口和光纖出口 均接有第三標準光纖14 ;由第二光纖分光器8和第三標準光纖14構成一個整體；流通池4 的長度為2_，內徑為1mm ;-分多光纖束光纖包括第一光纖分光器（Beam Spliter) 5和第 一標準光纖13 ;第一光纖分光器5的光纖入口和光纖出口均接有第一標準光纖13 ;由第一 光纖分光器（Beam Spliter) 5和第一標準光纖13構成一個整體；第一接收裝置包括3組接 收元件，每組接收元件包括一個第一濾光片6和一個第一光電二極體7,第一濾光片6位於 第一光電二極體7的前方；3個第一濾光片6的波長分別為206nm、254nm和280nm ;第二接 收裝置包括一個第二濾光片10和一個第二光電二極體9,第二濾光片10位於第二光電二極 管9的前方；第二濾光片10的波長為280nm，第二光電二極體9所測量值作為參比值；光源 裝置後方設有一分二光纖束光纖，一分二光纖束光纖後方分別設有流通池4和第二接收裝 置，流通池3後方設有一分多光纖束光纖，一分多光纖束光纖後方設有第一接收裝置；一分 二光纖束光纖與流通池4之間設有準直鏡；第一標準光纖13和第三標準光纖14均為抗紫 外鈍化光纖（RS UV Fiber)。
[0065] 如圖1、圖2所示，實施例1-4的工作原理為：光源1發出的光線經凸透鏡2聚焦 後，通過第二標準光纖3傳入流通池4內；光線穿過流通池4後，傳入一分多光纖束光纖，再 由一分多光纖束光纖分出三條光路，分別傳入三個接收元件；光線分別經三個第一濾光片 6濾光後，進入第一光電二極體7,通過第一光電二極體7將光信號轉換為電信號，從而顯不 光信號的強弱。
[0066] 通過實驗確定樣品對某波長無吸收或極少吸收，通常為長波長的光，所以實施例3 中取其為參比。如取波長為750nm的濾光片後的第一光電二極體7測所得數據作為參比， 用於校正所測樣品數據。
[0067] 如圖3、4所示，實施例5、6的工作原理為：光源1發出的光線經凸透鏡2聚焦後， 通過一分二光纖束分為兩條光路，一條光路進入流通池4內，另一條光路傳入第二光電二 極管9 ;穿過流通池4的光線進入一分多光纖束，再由一分多光纖束分出三條光路，分別傳 入三個接收兀件；光線分別經三個第一濾光片6濾光後，進入第一光電二極體7 ;進入第一 光電二極體7和第二光電二極體9的光信號被轉換為電信號，從而顯示光信號的強弱。
[0068] 取第二光電二極體9測所得數據作為參比，用於校正所測樣品數據。
[0069] 如圖5所示，實施例7的工作原理為：光源1發出的光線經凸透鏡2聚焦後，通過 一分二光纖束分為兩條光路，一條光路進入流通池4內，另一條光路傳入第二接收裝置；穿 過流通池4的光線進入一分多光纖束，再由一分多光纖束分出三條光路，分別傳入三個接 收兀件；光線分別經三個第一濾光片6濾光後，進入第一光電二極體7 ;傳入第二接收裝置 的光線經第二濾光片10濾光後，進入第二光電二極體9 ;進入第一光電二極體7和第二光 電二極體9的光信號被轉換為電信號，從而顯示光信號的強弱。
[0070] 取經第二濾光片10過濾後，第二光電二極體9測所得數據作為參比，用於校正所 測樣品數據。本實施例中加入第二濾光片10後，由于波長單一，可以更好的消除噪音的影 響。
[0071] 雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背 離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式作出多種變更或修改，但這些變更 和修改均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於：包括光源裝置、流 通池、一分多光纖束光纖和第一接收裝置；其中，所述的光源裝置包括光源和凸透鏡；所述 的光源位於凸透鏡前方；所述的光源為氙燈、氘燈、汞燈、汞鎢燈、齒鎢燈、鋅燈或LED燈；所 述光源的功率為1?200W ;所述的流通池長度為1?20mm，內徑為0· 25?50. 8mm ;所述的 一分多光纖束光纖為第一捆綁的多芯光纖或第一帶光纖分光器的光纖；所述的第一帶光纖 分光器的光纖包括第一光纖分光器和第一標準光纖；所述的第一光纖分光器的光纖入口和 光纖出口均接有第一標準光纖；所述的第一接收裝置包括多組接收元件，所述的接收元件 每組包括一個第一濾光片和一個第一光電二極體，所述的第一濾光片位於第一光電二極體 前方；所述的第一濾光片的波長為190?800nm ;所述的光源裝置後方設有流通池；所述的 光源裝置與流通池之間由光纖連通；所述的流通池後方設有第一接收裝置；所述的流通池 與第一接收裝置之間由一分多光纖束光纖連通；所述的光源裝置與流通池之間的光纖和一 分多光纖束光纖均為勻化抗紫外鈍化光纖、普通勻化光纖、抗紫外鈍化光纖、普通光纖中的 一種或多種的組合。
2. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的第一接收裝置中的接收元件的數量為2?6個。
3. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的光源裝置與流通池之間的光纖為勻化抗紫外鈍化光纖，所述的一分多光纖束光纖為 抗紫外鈍化光纖。
4. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的光源裝置與流通池之間的光纖，在光纖與流通池之間設有準直鏡。
5. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的第一帶光纖分光器的光纖中的第一標準光纖與第一光纖分光器為一體式或分體式。
6. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的一分多光纖束為一分二到一分六。
7. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的光源裝置與流通池之間的光纖為第二標準光纖。
8. 根據權利要求1所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的光源裝置與流通池之間的光纖為一分二光纖束光纖，所述的一分二光纖束光纖後方 還設有第二接收裝置；所述的一分二光纖束光纖為第二捆綁的多芯光纖或第二帶光纖分光 器的光纖；所述的第二帶光纖分光器的光纖包括第二光纖分光器和第三標準光纖；所述的 第二光纖分光器的光纖入口和光纖出口均接有第三標準光纖；所述的第二接收裝置包括第 二光電二極體。
9. 根據權利要求8所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵在於： 所述的第二接收裝置還包括第二濾光片，所述的第二濾光片位於第二光電二極體前方，所 述的第二濾光片的波長為190?800nm。
10. 根據權利要求1或9所述的基於光纖的單流通池的多波長在線檢測設備，其特徵 在於：所述的第一濾光片和第二濾光片的波長均為206、214、254、280、313、365、405、436或 546nm〇
【文檔編號】G01N21/01GK104062235SQ201410339810
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】孫文改 申請人:北京佰純潤宇生物科技有限公司