近場雷射熱透鏡光譜分析儀的製作方法
2023-05-01 12:01:36
專利名稱：近場雷射熱透鏡光譜分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光譜分析儀，特別涉及一種近場雷射熱透鏡光譜分析儀。
背景技術：
雷射熱透鏡光譜分析是基於熱透鏡效應建立和發展起來的一種高靈敏度雷射光熱光譜分析技術。其基本原理是當一高斯強度分布的雷射輻射通過待測樣品溶液時，樣品溶液分子吸收特徵波長的雷射輻射躍遷至激發態，並以無輻射弛豫方式將其所吸收的能量部分或全部轉化為熱，產生熱透鏡效應，從而引起待測樣品溶液的折射指數變化，使的光束髮散。在遠場測量中心光強變化可得到待測樣品溶液濃度。該分析方法可應用於化學、物理、生命科學以及環境科學等眾多領域痕量物質的高靈敏度分析測定和光譜研究。
目前現有的雷射熱透鏡光譜分析儀(Laser Near Field Thermal LensSpectrometry，縮寫為LTLS)，均是在遠場光程檢測，即在距離樣品池約2米以遠，檢測中心光強變化以確定待測樣品濃度。由於這種儀器裝置檢測光程長，且每次檢測需要調節光路系統等，只能是在實驗室中自行組裝的雷射熱透鏡分析儀器裝置進行測定，迄今未有商品化儀器。Faubel等(德國專利Deutschpat.4231214)以光纖傳輸光束，實驗研製出了在近場進行測定的近場雷射熱透鏡光譜分析儀。雖然這種分析儀採用光纖傳輸光束，縮短了樣品池與檢測裝置間的距離，但實際光程並未縮短，而且還存在著光纖傳輸的損耗等不足之處。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種近場雷射熱透鏡光譜分析儀，使得雷射熱透鏡光譜信號實現近場光程進行檢測，以克服現有技術的不足。
本實用新型的目的是這樣實現的一種近場雷射熱透鏡光譜分析儀，由雷射器(1)、光束調製器(2)、聚焦透鏡(3)、樣品池(4)、光闌(6)、光電接收器件(7)和放大電路與讀出系統(8)組成，其特徵在於在樣品池(4)與光電接收器件(7)之間設置擴束透鏡(5)，將通過樣品池(4)產生的雷射束完成近場擴束，實現近場雷射熱透鏡光譜信號檢測。
本實用新型擴束透鏡(5)的焦距為1-4cm。
本實用新型各部分布置參數為雷射器(1)和光束調製器(2)緊密布置，其與聚焦透鏡(3)的距離介於3-6釐米；聚焦透鏡(3)與樣品池(4)的距離介於2.5-5釐米；樣品池(4)與擴束透鏡(5)的距離介於8-10釐米；擴束透鏡(5)與光闌(6)的距離介於6.5-8釐米；光電接收器件(7)置於光闌(6)後0.5-1.5釐米處。
本實用新型的雷射器(1)可以採用連續波雷射器或脈衝雷射器。
由於本實用新型採用了擴束透鏡對通過樣品池溶液的雷射束進行了近場擴束，使得檢測光程距離縮短為16-28cm，實現了雷射熱透鏡光譜信號在近場光程檢測；並且該儀器光電接收器件與光闌組裝為一體，使儀器裝置結構緊湊合理，為一整體化，測定中無需調節光路系統，操作方便。本實用新型近場雷射熱透鏡光譜分析儀可用於化學、物理、生命科學以及環境科學等領域高靈敏度分析測定、光譜研究，並可與高效液相色譜、高壓毛細管電泳、流動注射分析等分析儀器聯用。
附圖1為本實用新型的結構示意圖。
附圖2為耐爾藍的測定曲線，B、C分別為在近場、遠場LTLS測定結果。
附圖3為測定的耐爾藍溶液產生的熱透鏡信號波形。
具體實施方式
下面對照附圖對本實用新型予以詳細描述。
本實用新型的近場雷射熱透鏡光譜分析儀是由雷射器(1)、光束調製器(2)、聚焦透鏡(3)、樣品池(4)、擴束透鏡(5)、光闌(6)以及光電接收器件(7)、放大電路與讀出系統(8)組成。雷射器(1)輸出的雷射束，經光束調製器(2)調製為一定的頻率(依具體測試樣品而定)的光束，聚焦透鏡(3)(f＝3-6cm)聚焦後入射於樣品池(4)中樣品溶液。樣品溶液吸收入射雷射輻射，產生熱透鏡效應。通過樣品溶液的雷射束再經擴束透鏡(5)(f＝1-4cm)擴束後，入射於光闌(6)，由光電接收器件(7)完成測定信號光電轉換，放大器和讀出顯示系統(8)放大顯示讀出雷射熱透鏡光譜信號強度。
實例1.熱透鏡信號波形及測定靈敏度近場雷射熱透鏡光譜儀以He-Ne雷射器為光源，波長632.8nm。He-Ne雷射器和光束調製器緊密安放，距聚焦透鏡是3釐米；聚焦透鏡距樣品池是3釐米；樣品池距擴束透鏡是8釐米；擴束透鏡距光闌是6.5釐米；光電接收器件置於光闌後1釐米。
準確配製1.0×10-5mol/L耐爾藍溶液，在該近場雷射熱透鏡光譜儀上進行測定，並以數字存貯示波器記錄測定溶液產生的熱透鏡信號波形，與通常在遠場進行測定的雷射熱透鏡光譜儀器裝置測定結果進行對照。兩者熱透鏡信號波形及靈敏度完全一致(圖2、圖3)。
實例2.多巴胺近場雷射熱透鏡光譜分析測定近場雷射熱透鏡光譜儀以Ar+雷射器為光源，波長488nm。Ar+雷射器和光束調製器緊密安放，距聚焦透鏡是5釐米；聚焦透鏡距樣品池是4釐米；樣品池距擴束透鏡是10釐米；擴束透鏡距光闌是8釐米；光電接收器件置於光闌後0.5釐米。
分別準確配製20μg/mL鹽酸多巴胺和3X 10-4mol/L四氯苯醌乙醇溶液，基於多巴胺與四氯苯醌的荷移反應生成相應的配合物，以該近場雷射熱透鏡光譜分析儀進行測定。多巴胺濃度在0-20μg/10mL範圍與雷射熱透鏡信號強度線性關係，應用於鹽酸多巴胺針劑多巴胺含量測定，與藥典方法測定結果和通常雷射熱透鏡光譜分析儀器裝置測定結果對照，結果一致。
實例3.催化動力學方法測定近場雷射熱透鏡光譜儀以He-Ne雷射器為光源，波長632.8nm。He-Ne雷射器和光束調製器緊密安放，距聚焦透鏡是6釐米；聚焦透鏡距樣品池是5釐米；樣品池距擴束透鏡是9釐米；擴束透鏡距光闌是7釐米；光電接收器件置於光闌後0.5釐米。
在表面活性劑Triton X-100存在下，銀(I)催化過硫酸鈉氧化溴甲酚綠褪色動力學反應，在該近場雷射熱透鏡光譜分析儀測定超痕量銀。在銀(I)濃度0-1.6μg/mL範圍內呈線性關係，檢出限為2×10-7ng/mL。應用於粗鉛標樣中銀的測定，取得了與粗鉛標樣中銀(I)含量標準值一致的結果。
實例4.環己烷吸收係數測定近場雷射熱透鏡光譜儀以NdYAG泵浦染料雷射器為光源，雷射染料為DCM，頻率10Hz，波長646nm。雷射器和光束調製器緊密安放，距聚焦透鏡是5釐米；聚焦透鏡距樣品池是4釐米；樣品池距擴束透鏡是8釐米；擴束透鏡距光闌是7釐米；光電接收器件置於光闌後0.5釐米。測定環己烷泛音(v＝6)吸收係數為1×10-3cm-1，與M.S.Burberry等報導結果完全一致(M.S.Burberryet al.J.Chem.Phys.1979，70，5522.)
權利要求1.一種近場雷射熱透鏡光譜分析儀，由雷射器(1)、光束調製器(2)、聚焦透鏡(3)、樣品池(4)、光闌(6)、光電接收器件(7)和放大電路與讀出系統(8)組成，其特徵在於在樣品池(4)與光電接收器件(7)之間設置擴束透鏡(5)，將通過樣品池(4)產生熱透鏡效應的雷射束完成近場擴束，實現近場雷射熱透鏡光譜信號檢測。
2.根據權利要求1所述近場雷射熱透鏡光譜分析儀，其特徵在於擴束透鏡(5)的焦距為1-4cm。
3.根據權利要求1所述近場雷射熱透鏡光譜分析儀，其特徵在於雷射器(1)和光束調製器(2)緊密布置，其與聚焦透鏡(3)的距離介於3-6釐米；聚焦透鏡(3)與樣品池(4)的距離介於2.5-5釐米；樣品池(4)與擴束透鏡(5)的距離介於8-10釐米；擴束透鏡(5)與光闌(6)的距離介於6.5-8釐米；光電接收器件(7)置於光闌(6)後0.5-1.5釐米處。
4.根據權利要求1所述近場雷射熱透鏡光譜分析儀，其特徵在於雷射器(1)可以採用連續波雷射器或脈衝雷射器。
專利摘要本實用新型為一種近場雷射熱透鏡光譜分析儀，由雷射器、光束調製器、聚焦透鏡、樣品池、光闌、光電接收器件和放大電路與讀出系統組成，技術核心在於在樣品池與光電接收器件之間設置擴束透鏡，將通過樣品池產生的雷射束完成近場擴束，實現近場雷射熱透鏡光譜信號檢測。由於本實用新型採用了擴束透鏡對通過樣品池溶液的雷射束進行了近場擴束，使得檢測光程距離縮短為16－28cm，實現了雷射熱透鏡光譜信號在近場光程檢測，該儀器光電接收器件與光闌組裝為一體，使儀器裝置結構緊湊合理，測定中無需調節光路系統，操作方便。
文檔編號G01N21/41GK2784920SQ20052007870
公開日2006年5月31日 申請日期2005年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者閆宏濤, 韓權 申請人:西北大學