[发明专利]基于表面等离子波的多功能光吸收、散射与发射光谱仪

说明书

技术领域

本发明属生物分析实验设备领域，涉及光散射、表面等离子体共振、荧光光谱、拉曼光谱等技术，是表面等离子体共振与多光谱联用新技术。

背景技术

表面等离子体共振光谱(surface plasmon resonance，SPR)是研究分子在固体表面的吸附过程的一种有效方法。该方法具有实时动态分析、无标记检测、高选择性的优点。原理上，当入射光与表面等离子体在适当的条件下发生共振时，可导致界面附近的消失波强度增大1～2数量级。利用这一增强的消失场可激发光散射、荧光、拉曼光谱等发射光谱，由此实现暗背景光谱检测，以便提高各种光谱特别是弱光信号的检测灵敏度，同时可以检测界面上与折射率相关的样品组成与性质的变化，从而实现多光谱关联测定。基于表面等离子波的多功能光吸收、散射与发射光谱仪的研制将为基于表面等离子波的各种光谱机理的研究提供重要的试验依据，同时也将成为深入研究界面和表面的重要手段。

近十年来，德国马普协会的wolfgang knoll等人开发了表面等离子增强荧光光谱仪，能够同时实现表面等离子共振光谱和荧光光谱的采集，并对荧光标记的兔抗鼠IgG实现了高灵敏检测(检测限达500aM)。Wolfgangknoll的工作极大地推动了该领域的发展。目前国内也有关于SPR与拉曼散射联用的专利(CN 1657914A)。但以上装置均属于单联系统，可扩展性小，不能实现多种谱图的关联，同时均未涉及瑞利散射光谱的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面等离子波的多功能光吸收、散射与发射光谱仪，能够获得瑞利散射谱图、表面等离子体共振谱图、荧光谱图、拉曼散射谱图等，并将其关联。

为实现上述目的，本发明提供的基于表面等离子波的光吸收、散射与发射光谱仪，主要构成为：

一光源，该光源发出的光经入射光调制系统形成偏振平行的入射光照射至棱镜，在棱镜底部发生全内反射后反射光进入反射光检测系统；

棱镜底部覆盖有金属传感膜，入射光发生全内反射时与该金属传感膜发生表面等离子共振作用形成增强的消失场，由该消失场激发样品而产生的散射光进入发射光检测系统；其中：

光源及入射光调制系统依序固定在入射光臂上；反射光检测系统固定在反射光信号检测臂上；发射光检测系统固定在发射光信号检测臂上；入射光臂的顶部、反射光信号检测臂顶部和发射光信号检测臂底部连接在一起；棱镜固定在三者的交叉点处，棱镜的入射面和反射面分别与入射光臂和反射光信号检测臂相对，棱镜的底部与发射光信号检测臂的顶部相对；

入射光臂底部和反射光信号检测臂的底部均安置在一水平导轨上，使入射光臂和反射光信号检测臂的底部可沿水平导轨自由张开或收缩，以控制棱镜入射光的角度；

发射光信号检测臂的底部连接在一垂直导轨上，使该发射光臂可以自由地上下移动，以检测发射光或散射光；

上述反射光检测系统和发射光检测系统均与数据采集与管理系统连接。

所述的光谱仪，其中光源包括点光源和平行光光源，点光源为卤钨灯、氙灯、能斯特灯、硅碳棒灯或连续波长发光二极管；平行光光源为气体激光器、半导体激光器、染料激光器或发光二极(LED)阵列。

所述的光谱仪，其中入射光调制系统由透镜组或其他等价光学结构(例如：反射镜组)、狭缝、平行光路结构和偏振器组成，包括平行光调制和非平行光调制。

所述的光谱仪，其中反射光检测系统由透镜组或其他等价光学结构(例如：反射镜组)和检测器组成，检测器与数据采集与管理系统电连接；检测器为光电管或光电倍增管、彩色电荷耦合器(CCD)摄像头、彩色互补型金属氧化物半导体图像(CMOS sensor)传感器或电荷注入检测器。

所述的光谱仪，其中发射光检测系统由依序设置的聚光透镜及滤色片或单色仪、检测器组成，检测器与数据采集与管理系统电连接；检测器为光电倍增管、增强型彩色电荷耦合器摄像头、彩色互补型金属氧化物半导体图像传感器或电荷注入检测器。

所述的光谱仪，其中传感膜为金膜、银膜或铝膜，膜的厚度为20-120nm之间。

所述的光谱仪，其中棱镜由透光材料制成，或由在三角、半球、半圆柱形的透光容器中注入折射率匹配的液体构成。

所述的光谱仪，其中反射光信号检测臂底部由步进电机通过螺丝杆带动在水平导轨上移动。

所述的光谱仪，其中样品由微量泵控制流速地经进样阀流经样品池的进样口和出样口，该样品池设置有温控系统，以控制样品温度。