紫外－可見吸收/螢光兩用流通池的製作方法
2023-12-02 03:57:26 1
專利名稱：紫外－可見吸收/螢光兩用流通池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於液相色譜儀的部件，尤其是涉及一種用於可攜式液相色譜儀檢測器的光纖式紫外-可見吸收/螢光兩用流通池。
背景技術：
紫外-可見吸收檢測器和螢光檢測器是液相色譜儀器上最常見的兩種檢測器。在紫外-可見吸收檢測器和螢光檢測器中，流通池都是重要的部件。在高效液相色譜紫外-可見吸收檢測器中來自光源的光穿過流通池中一定長度的樣品溶液後，部分光能量被樣品分子吸收，測量出射光強度經過換算可以得到吸光度的數據。常見的一種Z型紫外-可見吸收流通池示意圖見圖1。在高效液相色譜螢光檢測器中，來自光源的光照射螢光池中的樣品溶液，部分光能量被樣品分子吸收，樣品分子受到激發而發射出螢光光，從與入射光路成一定角度(通常為直角)的方向檢測發射出螢光的強度。常見的一種螢光流通池結構見圖2。
對檢測器本身來說，流通池光程越長，靈敏度越高；對高效液相色譜檢測器來說，池體積越小，檢測器死體積越小，對柱分離效果影響越小。這就構成了一對矛盾，為提高靈敏度而加長流通池長度會造成池體積增大，柱外效應增大而降低色譜分離效果；為減小池體積而縮小流通池通路截面又會對光路設計等方面帶來問題。
可攜式儀器系統對每個部件的大小、重量、功耗等參數都有嚴格的限制，通常色譜儀器所用的紫外-可見吸收檢測器和螢光檢測器檢測器體積相對較大、結構複雜，紫外-可見吸收流通池和螢光流通池不能通用，要實現紫外-可見吸收檢測和螢光檢測必須分別配備兩種檢測器。目前還沒有集紫外-可見吸收檢測和螢光檢測功能於一體的兩用流通池及相應的兩用檢測器出現。受上述因素的限制，目前常見的液相色譜紫外-可見吸收檢測器和螢光檢測器在可攜式色譜系統中應用有較大困難。
發明內容
本發明針對可攜式液相色譜儀器使用微型毛細管整體柱，進樣量非常少，這要求檢測器必須具有很小的體積和較高的檢測靈敏度。另外，可攜式液相色譜儀器要求檢測系統體積小、重量輕、功耗低。為此本發明提供一種一體化的紫外-可見吸收/螢光兩用微型流通池，與微型發光二極體光源、微型光柵光譜儀、配套光纖組件配合使用，在同一個流通池進行紫外-可見-吸收與螢光兩種檢測方式，實現了紫外-可見吸收檢測器和螢光檢測器檢測器合二為一。
本發明設有池體、光導石英毛細管、聚醚醚酮(PEEK)襯管、自聚焦透鏡、密封墊圈、墊片、光纖和液體流路管路。光導石英毛細管安裝在聚醚醚酮襯管內並裝填在池體的管腔中；自聚焦透鏡設置在光線入口方向，與池體以密封墊圈密封並固定；墊片位於自聚焦透鏡和聚醚醚酮襯管之間，墊片的缺口對準流路方向，其作用是填補二者之間行成的多餘空間；入口光纖和出口光纖及進出液管分別由接頭和卡套固定在池體上構成密封流路。
光導石英毛細管的管壁為三層同心管狀結構，外層為聚醯亞胺塗層，向內依次是摻雜石英層和純石英內壁層，摻雜石英層與純石英內壁層之間的界面為全反射界面。
由於本發明選用了光導石英毛細管作為流通池光路部分的內壁，其管壁為三層同心管狀結構，外層為聚醯亞胺塗層，起支撐保護作用；向內依次是摻雜石英層和純石英內壁，兩層石英之間的界面形成了全反射界面，當從管內射向管壁的光線入射角大於某臨界角時會發生全反射。用內徑很小的光導石英毛細管作為流通池的內壁，可以在維持池體積微小的同時擁有較長的光程長度。
在本發明中，為了解決因光導石英毛細管內徑較小造成的光路連接困難問題，採用了光導纖維連接流通池光路，光導纖維和光導毛細管之間的光路耦合使用了自聚焦透鏡作為聚光器件。自聚焦透鏡又稱為梯度變折射率透鏡，是指其折射率分布是沿徑向漸變的柱狀光學透鏡。通過自聚焦透鏡將光纖射出的具有一定發散角的光匯聚進入光導石英毛細管，由於光導石英毛細管內壁能夠使光線沿管內全反射傳導，不會被管壁吸收而損失，可以在較小的光路截面上保持較高的光密度。
圖1為現有常用的Z型紫外-可見吸收流通池結構示意圖。
圖2為現有常用的螢光流通池示結構意圖。
圖3為本發明實施例的結構組成示意圖。在圖3中各部分名稱標記池體31；光導石英毛細管32；PEEK襯管33；C字型墊片34；自聚焦透鏡35；密封墊圈36；墊片37；光路進口光纖及接頭38；光路出口光纖及接頭39；流路進口管路及接頭310；流路進口管路及接頭311。
圖4為本發明的紫外可見檢測模式原理圖。
圖5為本發明的螢光檢測模式原量圖。
圖6為本發明實施例的光導石英毛細管結構圖。
圖7為本發明實施例的自聚焦透鏡聚光原理圖。
圖8為本發明實施例的池體結構示意圖。
圖9為本發明實施例的流通池光路入口端零件圖。在圖9中各部分名稱標記PEEK襯管33；光導石英毛細管32；C字型墊片34；自聚焦透鏡35；密封墊圈36；墊片37；光路進口光纖及接頭38。
圖10為本發明實施例的流通池光路入口端零件裝配細節圖。在圖10中各部分名稱標記池體31；PEEK襯管33；光導石英毛細管32；C字型墊片34；自聚焦透鏡35；流路出口管路310；密封墊圈36；墊片37；光纖套管41；錐形卡套42；手緊接頭43。
具體實施例方式
以下將結合附圖對本發明的結構組成及其工作模式與原理作進一步說明。
流通池的主要部件及裝配位置關係見圖3，本發明設有池體31、光導石英毛細管32、聚醚醚酮(PEEK)襯管33、C字型墊片34、自聚焦透鏡35、密封墊圈36與37、光纖38與39、液體流路管路310與311等零部件。光導石英毛細管32安裝在PEEK襯管33內並裝填在池體31的管腔中；自聚焦透鏡35設置在光線入口方向，與池體31以密封墊圈36與37密封並固定；C字型墊片34位於自聚焦透鏡35和PEEK襯管33之間，C字型墊片34的缺口對準流路方向，其作用是填補二者之間行成的多餘空間；入口光纖38和出口光纖39及進出液管310、311分別由接頭和卡套固定在池體上構成密封流路。
紫外可見吸收和螢光檢測兩種工作模式的工作原理如圖4和5所示。在紫外-可見吸收檢測模式下，從光源發出的光由雙股分岔光纖的一股導入流通池，經過樣品溶液吸收後由出口單股光纖導入微型光柵光譜儀，測定其吸光度；在螢光檢測模式下，從光源發出的光由雙股分岔光纖的一股導入流通池，照射激發樣品中的螢光活性物質，螢光活性物質受激發後發出的螢光沿與入射光相反的方向沿雙股分岔光纖的另一股進入微型光柵光譜儀，測定其光強度，扣除雜散光背景後得到螢光強度。
參見圖6，光導石英毛細管的管壁為三層同心管狀結構，外層為聚醯亞胺塗層，向內依次是摻雜石英層和純石英內壁層，摻雜石英層與純石英內壁層之間的界面為全反射界面。
參見圖7，在本發明中，為了解決因光導石英毛細管內徑較小造成的光路連接困難問題，採用了光導纖維連接流通池光路，光導纖維和光導毛細管之間的光路耦合使用了自聚焦透鏡作為聚光器件。通過自聚焦透鏡將光纖射出的具有一定發散角的光匯聚進入光導石英毛細管，由於光導石英毛細管內壁能夠使光線沿管內全反射傳導，不會被管壁吸收而損失，可以在較小的光路截面上保持較高的光密度。
參見圖8，池體由聚醯亞胺材料整體加工而成，長寬高尺寸分別為47.2mm×22.4mm×20mm。沿池體中軸線有一內徑1.6mm的通孔，孔兩端內徑加粗並加工有與光纖接頭配合的內螺紋。池體兩個側面上各有一條內徑1.6mm的條孔道，與中心孔道相通，構成一條Z字型流路，這兩條孔道的外端也加工有內螺紋，用於連接液體流路管路接頭。在池體頂面對角位置鑽有兩個通孔，用於固定流通池時穿過螺栓。這兩個螺栓孔不與池體內部的孔道連通。
參見圖9，流通池光路進口處各零部件介紹如下PEEK襯管33內徑0.38mm，外徑1.58mm，長20mm；光導石英毛細管32內徑0.25mm，外徑0.375mm，長20mm；C字型墊片34為聚四氟乙烯材料製成，其上開有一條寬的0.6mm的缺口；自聚焦透鏡35為特種光學玻璃製成，直徑1.8mm，長5.8mm；密封墊圈36以橡膠製成；墊片37為聚四氟乙烯材料製成，光路進口光纖及接頭38包括光纖襯管、錐形卡套和手緊接頭，具體結構另行描述。
參見圖10，流通池光路進口處各零部件安裝位置關係介紹如下PEEK襯管33裝填在池體31的中央孔道中；光導石英毛細管32裝填在PEEK襯管33中。C字型墊片34位於PEEK襯管33和自聚焦透鏡35之間，被二者夾持固定，其缺口對準流路管路；自聚焦透鏡35插入池體31中央孔道的一端約一半長度；流路出口管路310插入池體中一端出口正好對準PEEK襯管出口；密封墊圈36兩個為一組套在自聚焦透鏡的柱體上；墊片37兩個為一組套在自聚焦透鏡的柱體上；光纖套管41靠手緊接頭43上的螺紋旋入池體中央孔道一端的螺紋孔中，錐形卡套42向內壓緊自聚焦透鏡及墊片，墊片壓迫密封圈變形使自聚焦透鏡與池體之間得以密封。
流通池光路出口端與進口端類似，但沒有安裝自聚焦透鏡及密封圈、墊片，靠光纖接頭上的錐形卡套和手緊接頭與池體連接密封。進出流通池的流路管路靠錐形卡套和手緊接頭與池體連接密封。
該流通池光程長度為20mm，大於目前常見的大多數流通池。池體積約為1μL，可以滿足毛細管微柱色譜的使用要求。
權利要求
1.紫外-可見吸收/螢光兩用流通池，其特徵在於設有池體、光導石英毛細管、聚醚醚酮襯管、自聚焦透鏡、密封墊圈、墊片、光纖和液體流路管路；光導石英毛細管安裝在聚醚醚酮襯管內並裝填在池體的管腔中；自聚焦透鏡設置在光線入口方向，與池體以密封墊圈密封並固定；墊片位於自聚焦透鏡和聚醚醚酮襯管之間，墊片的缺口對準流路方向，入口光纖和出口光纖及進出液管分別由接頭和卡套固定在池體上構成密封流路。
2.如權利要求1所述的紫外-可見吸收/螢光兩用流通池，其特徵在於光導石英毛細管的管壁為三層同心管狀結構，外層為聚醯亞胺塗層，向內依次是摻雜石英層和純石英內壁層，摻雜石英層與純石英內壁層之間的界面為全反射界面。
全文摘要
紫外－可見吸收/螢光兩用流通池，涉及一種用於液相色譜儀的部件，尤其是涉及一種用於可攜式液相色譜儀檢測器的紫外－可見吸收/螢光兩用流通池。提供一種一體化的紫外－可見吸收/螢光兩用流通池，設有池體、光導石英毛細管、聚醚醚酮襯管、自聚焦透鏡、密封墊圈、墊片、光纖和液體流路管路。光導石英毛細管安裝在聚醚醚酮襯管內並裝填在池體的管腔中；自聚焦透鏡設置在光線入口方向，與池體以密封墊圈密封並固定；墊片位於自聚焦透鏡和聚醚醚酮襯管之間，墊片的缺口對準流路方向，其作用是填補二者之間行成的多餘空間；入口光纖和出口光纖及進出液管分別由接頭和卡套固定在池體上構成密封流路。
文檔編號G01N30/74GK1815218SQ20061000915
公開日2006年8月9日 申請日期2006年2月15日 優先權日2006年2月15日
發明者付強, 王秋泉, 羅世鵬, 劉永玉 申請人:廈門大學