一種多通道圓偏振螢光光譜儀的製作方法
2023-12-05 05:00:16
一種多通道圓偏振螢光(circularlypolarizedluminescence，cpl)光譜儀，由波長為紫外或可見激發光源、線偏振光均勻系統、圓偏振光轉換器、樣品池、圓偏振光分離器、雙光束分叉光纖光譜收集、成像光譜儀系統、多通道電荷耦合器件ccd採集/數據處理系統以及圓偏振螢光光譜校正系統構成，採集200nm-1100nm波段的手性螢光光譜。多通道圓偏振螢光光譜儀，可用於氣體、液體和固體樣品的圓偏振螢光光譜研究，獲得它們的激發態的手性信息。
背景技術：
圓偏振螢光光譜儀通過手性樣品在激發光源的激發下受激輻射產生的左、右圓偏振螢光強度差確定手性螢光信號。目前商業化的圓偏振螢光光譜多採用mpt光電倍增管做為探測器，通過光譜儀波長掃描實現，採集時間一般長達數小時甚至數十小時，且探測靈敏度不高。本發明申請將採用多通道探測器電荷耦合器件ccd採集/數據處理系統應用，實現了圓偏振螢光光譜多通道探測高靈敏度測量，可以對濃度低至10-6m的手性樣品進行測試且採集時長較短。同時，目前商業化的圓偏振螢光光譜儀的不對稱值g值(左、右圓偏振光信號強度差與總強度之比)一般低於10-3，多用於鑭系或過渡金屬配合物的光學性能研究。本文同時申請採用外加磁場作為調控機制。利用磁場對圓偏振螢光光譜儀信號的加成作用，實現g值放大至高達10-1量級，特別適合對低濃度的手性樣品進行檢測，能大幅度縮短探測所需的時間至幾分鐘。多通道圓偏振螢光光譜儀及其磁場調控手段的推廣將促進手性螢光光譜的研究和發展。
技術實現要素：
一種多通道圓偏振螢光光譜儀，主要由紫外或可見區雷射源或發光燈激發光源、線偏振光均勻系統、圓偏振光轉換器、手性樣品池、圓偏振螢光分離器、雙光束分叉光纖光譜收集系統、成像光譜儀系統、多通道探測器採集/數據處理系統以及圓偏振螢光光譜校正系統九部分構成。
技術方案
將雷射/發光燈激發光(紫外或可見區雷射或發光燈激發光)作為光源照射，光源進行線偏振均勻化或者圓偏振光轉換後,照射到手性樣品池，樣品產生的右、左旋圓偏振螢光通過圓偏振光分離器分為兩束光分別入射到y型雙光束光纖入射端a、b上，信號從y型雙光束光纖的另一端成線性排列輸入到光譜儀中，通過成像光譜儀分光後分別經出口狹縫入射到多通道探測器如電荷耦合探測器ccd上，並且各自位於ccd的上半部和下半部，ccd採集系統採集到的上半部和下半部的螢光信號即為右、左旋圓偏振螢光光譜信號，數據處理系統將右、左旋圓偏振螢光光譜信號的和作為總螢光光譜信號，將右、左旋圓偏振螢光信號的差作為圓偏振螢光差譜信號。圓偏振螢光差信號/總螢光信號作為歸一化的圓偏振螢光差分完成一次多通道圓偏振雷射螢光光譜採集。同時通過改變圓偏振螢光分離器的工作方式，實現右、左旋圓偏振雷射螢光信號交替入射到y型雙光束分叉光纖b，a端，進而成像在ccd的下半部和上半部，進而完成多通道圓偏振螢光差分的檢測的光路補償；同時改變圓偏振轉換器狀態，也可將右、左旋圓偏振螢光的變為左、右旋圓偏振螢光，進一步實現圓偏振螢光光譜校正。完成一個循環的圓偏振螢光差分採集。通過多次累加圓偏振螢光差分譜，完成圓偏振螢光光譜的採集。
根據需求選擇相應的器件(如各種類型的波片、液晶延遲器、kd*p等)，可將系統在入射圓偏振螢光系統(icpcpl)、散射圓偏振螢光系統(scpcpl)、雙向圓偏振螢光同相系統i(dcpicpl)、雙向圓偏振螢光反相系統ii(dcpiicpl)之間轉換，實現多探測模式下的多通道圓偏振螢光光譜檢測。並且通過累加實現均勻後，降低噪聲。整個系統的圓偏振器件皆為寬波帶器件，可採集300nm-1100nm波段的手性螢光光譜。採用外加磁場作為調控機制。利用磁場對圓偏振螢光光譜儀信號的加成作用，實現g值放大至高達10-1量級，特別適合對低濃度的手性樣品進行檢測。
有益效果
圓偏振螢光光譜的優勢。本發明用於激發光波長為532nm的圓偏振螢光光譜研究即手性螢光光譜研究，獲取手性物質的手型結構，鑑定其手性中心，測定分子構型，在手性催化、藥物檢測以及生物科學領域將發揮重要的作用。
附圖說明
圖1為本發明連接結構示意框圖；
圖2為非手性鑭系化合物eu(fod)3分別與手性有機化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性絡合物的圓偏振螢光光譜(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min)。
圖3為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min)。
圖4為非手性化合物eu(fod)3分別與手性有機化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性絡合物在不同方向磁場下的圓偏振螢光光譜(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)之一；
圖5為非手性化合物eu(fod)3分別與手性有機化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性絡合物在不同方向磁場下的圓偏振螢光光譜(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)之二。
圖6為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜，以及其在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min，1.4t)之一；
圖7為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜，以及其在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min，1.4t)之二；
圖8為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜，以及其在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min，1.4t)之三；
圖9為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜，以及其在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min，1.4t)之四。
圖10為不同濃度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(10-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10-4～10-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之一；
圖11為不同濃度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(10-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10-4～10-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之二；
圖12為不同濃度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(10-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10-4～10-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)之三。
具體實施方式
下面結合附圖通過實施例詳述本發明。
實施示例1為圓偏振螢光光譜儀系統配置圖。
如附圖1所示，圓偏振螢光光譜儀用532nm雷射做激發光源、線偏振光均勻系統、圓偏振光轉換器、手性樣品池、圓偏振螢光分離器、雙光束分叉光纖光譜收集、成像光譜儀系統、電荷耦合器件ccd採集/數據處理系統以及圓偏振螢光光譜校正系統九部分構成。採集方式為散射圓偏振系統(scp)：
雷射經線偏振均勻化系統後直接照射到手性樣品池，入射光為線偏振光，檢測發射螢光中圓偏振成分，樣品產生的右、左旋圓偏振螢光信號通過圓偏振光分離器分為兩束光分別入射到y型雙光束光纖入射端a、b上，隨後信號輸入到光譜儀中，通過成像光譜儀分光後分別入射到出口狹縫處的寬範圍靈敏的ccd上，並且分別位於ccd的上半部和下半部，ccd採集系統採集上半部和下半部的光信號作為右、左圓偏振螢光光譜信號，數據處理系統將右、左圓偏振螢光光譜信號的和作為總螢光信號，將右、左圓偏振螢光信號的差作為圓偏振螢光差信號。圓偏振螢光差信號/1/2(總螢光信號)作為歸一化的不對稱值，完成一次圓偏振雷射螢光光譜採集。同時通過改變圓偏振光分離器的工作方式，實現右、左圓偏振雷射螢光信號交替入射到雙光束分叉光纖的，進而ccd的下半部和上半部，進而完成圓偏振螢光差分的檢測的光路補償，通過多次累加圓偏振螢光差分譜，完成圓偏振螢光光譜的採集
線偏振光均勻系統為一沿幾何中心勻速旋轉的1/2波片，1/2波片的幾何中心處於光路上，1/2波片與光路垂直；
圓偏振螢光分離器由沿光路傳輸方向順序排列的1/4波片(由液晶延遲器實現)和線偏振光分離器beamspliter構成；通過改變圓偏振光分離器中1/4波片上施加的電壓進而使1/4波片的主軸方向轉變90度，實現右、左旋圓偏振雷射拉曼信號交替入射到雙光束分叉光纖的a、b端，進入ccd的下半部和上半部，用於圓偏振螢光差分檢測的光路補償；
整個系統中的機械控制，數據採集，電子信息反饋皆有電腦控制，見圖1中虛線。
激發光源、線偏振光均勻系統、圓偏振光轉換器、成像光譜儀系統、電荷耦合器件ccd採集/數據處理系統均通過導線與計算機信號連接。
附圖2為非手性鑭系化合物eu(fod)3分別與手性有機化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性絡合物的圓偏振螢光光譜(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min)。
附圖3為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min)。
附圖4～5為非手性化合物eu(fod)3分別與手性有機化合物r-/s-苯基乙醇形成的手性絡合物在不同方向磁場下的圓偏振螢光光譜(532nm，eu(fod)31mm，r-/s-pe10mm，15mw，5min，1.4t)
附圖6～9為不同濃度的手性化合物eu(hfc)3的圓偏振螢光光譜，以及其在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(532nm，10-3m～10-6m，200mw，5min，1.4t)。
附圖10～12為不同濃度的非手性化合物eu(fod)3在不同方向磁場下的磁場圓偏振螢光光譜(10-3m，532nm，15mw，5min，1.2t；10-4～10-6m，532nm，130mw，5min，1.4t)。
附圖2～12分別為eu(fod)3-r-pe、eu(fod)3-s-pe、eu(hfc)3、eu(fod)3的螢光光譜和手性螢光光譜，這些譜圖均有很好的信噪比，從圓偏振螢光譜圖與磁場圓偏振螢光譜圖的比較上可以看出，磁場響應下，對於特定波數區域，手性螢光光譜的信號有很大增強且總螢光強度並無變化，因此手性比值有很大提升，且信號對磁場的響應與磁場方向和手性對映體都有關，從這些結果可以看出，圓偏振螢光光譜儀在研究手性體系上具有巨大的潛力和優勢，可以預期其將在手性催化、藥物檢測以及生物科學領域發揮重要的作用。