专利名称：用于海洋油污染快速检测的系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种高灵敏度、便携式的海洋油污染物表面增强荧光法检测系统，基于此系统可以对海洋以及其他水域中油类污染物含量进行快速、灵敏测定。可适用于海洋中多环芳烃类污染物含量的测定，进而对海洋污染情况、水域安全等做出评价。
背景技术：
传统海洋油污染检测方法主要有重量法、浊度法、红外光度法、紫外分光光度法、 光反射法等。其中有些方法涉及萃取，对环境造成了二次污染，有些方法灵敏度偏低，操作过程复杂、检测成本昂贵且不能进行现场测量。因此，仪器便携化、快速、灵敏、现场检测已经成为海洋油类污染物检测的发展方向。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种用于海洋油污染快速检测的系统，可在海洋环境领域对海洋中油类污染物质含量进行方便、快速、灵敏的检测，成为现有检测技术的有益补充。荧光是很常见的一种光致发光现象。海洋中油类污染物中含有的多环芳烃类化合物受光激发后可辐射出与入射光波长相关的特征荧光，通过检测该特征荧光的光谱强度就可以得到水中油类污染物的含量。本发明提供的用于海洋油污染快速检测的系统包括光源，光源经过光纤耦合至光路入射端，光路入射端依次连接第一光准直透镜、第一滤光片和分光二色镜，分光二色镜分为两路，一路连接物镜，物镜前方为样品室，分光二色镜的另一路依次连接第二滤光片、第二光准直透镜和光谱仪模块，光谱仪模块输出连接计算机。所述的分光二色镜同时连接消光器。所述的样品室同时包含表面增强荧光光谱芯片。所述的光源为宽带光源或窄带光源；宽带光源包括氙灯、氘灯和闪光氙灯；窄带光源包括激光、半导体激光和LED光源。所述的第一滤光片为带通滤光片；所述的第二滤光片为长通滤光片、带通滤光片或窄带滤光片。所述的第一光准直透镜、第一滤光片、分光二色镜、消光器、第二滤光片、第二光准直透镜以及物镜和样品室采用光学模块设置成一个整体，构成光路模块。本发明的工作过程来自上述宽带光源或窄带光源的激发光被耦合到所述光学系统的入射端，然后依次通过安装在其后的第一个光准直透镜和带通滤光片到达分光二色镜(短反长通，或相反)。透过分光二色镜(短反长通类型)的杂散光进入位于其后的消光器，以降低杂散光干扰；由该分光二色镜反射的大部分有用波段的光经可由不同倍数的物镜聚焦到被测样品表面。被测样品产生的突光信号由同一物镜收集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜，其透过部分继而进入垂直物镜光轴安装的长通(或带通或窄带)滤光片，滤光后的荧光信号被位于其后的第二个光准直透镜准直并通过光纤耦合至光谱仪模块进行信号收集，最终在电脑显不器实时输出突光光谱。本发明的优点和积极效果采用本发明系统可以通过多环芳烃类化合物的荧光发光特性实现对海洋水质的快速、实时监测。此外，本系统由于采用光纤传输和共轭光路设计以及表面增强荧光光谱的芯片，使光路简洁，检测速度快，因此实现了本系统的高灵敏度、小型化、便携化。本发明的系统的灵敏度高、可实时现场测量、应用灵活、扩展性强，可以实现对海洋中油类污染物微含量的快速实时检测。适用于海洋安全、海产品质量评价与监测等多种场合和各种样品形式的荧光测量。
图I是用于海洋油污染快速检测的系统原理图。图2是海水与柴油海水混合液荧光光谱(a)海水；(b)柴油海水混合液；(C)包含表面增强荧光光谱芯片时柴油海水混合液。图中，101为宽带或窄带光源；201为第一光准直透镜；301为带通滤光片；401为分光二色镜；501为物镜；601为消光器；701为长通(或带通或窄带)滤光片；801为第二光准直透镜；901光谱仪模块；1001为电脑显示器；100为样品室。光路模块设计包含下列光学兀件201第一光准直透镜,301第一(带通)滤光片， 401分光二色镜，501物镜，601消光器，701第二(长通或带通或窄带)滤光片，801第二光准直透镜和100样品室。整体模块化设计包括光学模块，101光源和901光谱仪模块。
具体实施例方式实施例I如图I所示，本发明系统的具体构成是闪光氙灯101作为激发光源，经多模光纤耦合、第一光准直透镜201准直后变为平行光束。通过第一(带通)滤光片301 (截止波长部分的透过率为10-5)选择紫外波段的光作为激发光。平行光经分光二色镜401反射后通过显微物镜501聚焦于被测样品100表面。同时，经第一(带通)滤光片301滤光后的可见和短波紫外光成分通过分光二色镜401 进入消光器601，避免其在系统内的散射对被测信号产生影响。被测样品受光照后产生的荧光信号经物镜501收集，以平行光的形式依次通过分光二色镜401、第二(长通)滤光片701 (对激发光波长成分的透过率为10-5)后，由第二光准直透镜801准直并通过光纤耦合至光谱仪模块901进行信号收集，最终在电脑显示器 1001实时输出荧光光谱。本发明系统的运行过程如下初始状态下，光源101和光谱仪模块901处于待机状态。测量时，触发闪光氙灯101，使其按预定的方式(预先设定照射光功率和照射时间)输出宽带光。样品产生的信号荧光被光谱仪模块收集和测量。测量结束后，暂停光源， 恢复到待机状态，等待下一次测量。光谱仪模块得到的荧光光谱实时显示在电脑显示器上，通过对比该荧光光谱与标准油荧光光谱的强度差异，可得到水中污染油含量。系统应用实例下面结合实际应用例子，进一步说明本发明系统，所述例子不影响本发明的进一步保护。例如，取少许海水检测其油污染物含量，将样品放在100的位置。光源101发出的激发光依次通过第一光准直透镜201、带通滤光片301，再经分光二色镜401反射后由物镜501聚焦于被测样品100 ；被测样品100经光照射后，受激发产生的荧光信号被物镜501收集后依次通过分光二色镜401、长通滤光片701、第二光准直透镜801，然后由光谱仪模块901收集并转换为电信号，显示在电脑显示器中。例如，图2中所示a曲线为海水的荧光信号，b曲线为海水中柴油荧光信号，c曲线为包含表面增强荧光光谱芯片时测得的柴油海水混合液的荧光信号。通过对比该荧光光谱与标准油荧光光谱的强度差异，可得到水中污染油含量。
权利要求
1.一种用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于该系统包括光源，光源经过光纤以及透镜耦合至光路入射端，光路入射端依次连接第一光准直透镜、第一滤光片和分光二色镜，分光二色镜分为两路，一路连接物镜，物镜前方为样品室，分光二色镜的另一路依次连接第二滤光片、第二光准直透镜和光谱仪模块，光谱仪模块输出连接计算机。
2.根据权利要求I所述的用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于所述的分光二色镜同时连接消光器。
3.根据权利要求I所述的用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于所述的样品室同时含有表面增强突光光谱芯片。
4.根据权利要求I或2所述的用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于所述的光源为宽带光源或窄带光源；宽带光源包括氙灯、氘灯和氙闪光灯；窄带光源包括激光、半导体激光和LED光源。
5.根据权利要求I或2所述的用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于所述的第一滤光片为带通滤光片；所述的第二滤光片为长通滤光片、带通滤光片或窄带滤光片。
6.根据权利要求I或2所述的用于海洋油污染快速检测的系统，其特征在于所述的第一光准直透镜、第一滤光片、分光二色镜、消光器、第二滤光片、第二光准直透镜以及物镜和样品室设置成一个整体，构成光路模块。
全文摘要
一种用于海洋油污染快速检测的系统。该系统包括光源，光源经过光纤耦合至光路入射端，光路入射端依次连接第一光准直透镜、第一滤光片和分光二色镜，分光二色镜分为两路，一路连接物镜，物镜前方为样品室，分光二色镜的另一路依次连接第二滤光片、第二光准直透镜和光谱仪模块，光谱仪模块输出连接计算机。本系统由于采用光纤传输和共轭光路设计以及表面增强荧光光谱的芯片，使光路简洁，检测速度快，因此实现了本系统的高灵敏度、小型化、便携化。本发明的系统的灵敏度高、可实时现场测量、应用灵活、扩展性强，可以实现对海洋中油类污染物微含量的快速实时检测。适用于海洋安全、海产品质量评价与监测等多种场合和各种样品形式的荧光测量。
文档编号G01N21/01GK102590171SQ20121005349
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者刘敬婷, 张丰, 张磊, 李星, 林列, 毛嵩程, 陈平 申请人:南开大学