專利名稱：基于后置分光的薄層色譜掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種薄層色譜檢測儀器，特別是一種基于后置分光的薄層色譜掃描儀，屬于化學(xué)分析和光電信號處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在化學(xué)分析、醫(yī)藥工業(yè)、食品化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、臨床化學(xué)、毒物檢驗以及化學(xué)化工等領(lǐng)域中，對某種微量物質(zhì)成份的檢測與鑒定是一項非常必要的工作，其中薄層色譜法或薄層層析法(Thin Layer Chromatography,簡稱TLC)被廣為使用。所謂薄層色譜法就是將吸附劑(例如硅膠或氧化鋁)鋪到平面物體上如玻璃板、塑料片或金屬箔形成一薄層，然后用溶劑把樣品展開和分離的方法，它是一種簡便、經(jīng)濟、微量、適用范圍廣的色譜方法。薄層色譜法主要由三個步驟組成樣品的點樣、點樣后樣品的展開、展開后對樣品的測量。樣品的點樣與展開己經(jīng)成熟，而展開后樣品精確的定量測量是TLC方法和儀器技術(shù)含量的關(guān)鍵。薄層掃描儀是薄層色譜普遍采用的定量分析工具(參見圖2和圖3)，但是存在以下缺點
(a) 、成本高，采用前置單色結(jié)構(gòu)，機械部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作要求高；
(b) 、精度低，特別是對于展開不夠充分，斑點存在組分交疊時誤差更大；
(c) 、數(shù)據(jù)量小，通常只對幾個波長值進(jìn)行檢測，無法對廣泛波長范圍的信息加以記
錄；
(d) 、操作復(fù)雜，前置分光光路比較復(fù)雜，調(diào)整困難。除了薄層掃描儀方式外，有人提出了利用平板圖像掃描儀對薄層板上的樣品進(jìn)行定量分
析測量。利用平板式圖像掃描儀將染色后的薄層板進(jìn)行掃描，得到數(shù)字圖像后再進(jìn)行處理。對平板圖像掃描儀而言，利用線型光源移動掃描，其掃描光線分布比較均勻，因而對染色后的薄層板處理效果比較好。但是平板圖像掃描儀不能掃描需要特殊光源進(jìn)行成像的薄層層析板，如熒光照射、紫外線照射等。
另外也有人提出采用攝像機(或照相機)，攝像機的成像速度快，安裝方便，然而結(jié)果卻不十分理想。原因是攝像機成像的正確性受到光照均勻性的制約，成像時，光源不定、光圈不定、曝光速度不定也給研究帶來了困難。有人提出采用數(shù)字圖像處理的手段彌補缺陷。但和平板掃描一樣，無法在確定和準(zhǔn)確的波長上采集到對應(yīng)的光度值，從定量原理上，這將直接影響定量的準(zhǔn)確度，因而無法成為薄層色譜定量的主流方法。
從上面的分析可以看出，薄層掃描儀采用的確定和準(zhǔn)確的波長光度響應(yīng)(即光譜信號)
3可以保證定量的準(zhǔn)確度，但是僅有的幾個波長數(shù)據(jù)對于應(yīng)用新的化學(xué)計量學(xué)算法是不充分的 。采用化學(xué)計量學(xué)方法可以更深入的挖掘分析信息，對于薄板色譜中棘手的分離不充分、組 分線性響應(yīng)不好等問題可以得到較好的解決，在計量學(xué)算法快速發(fā)展的背景下，需要儀器能 提供更充分的數(shù)據(jù)。 實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種光路經(jīng)改進(jìn)設(shè)計后的基于后置分光的薄層色 譜掃描儀，以解決現(xiàn)有薄層色譜掃描儀存在的數(shù)據(jù)量小、成本高、精度低的不足之處。
本實用新型要解決的進(jìn)一步技術(shù)問題是使該薄層色譜掃描儀的使用簡單，易于調(diào)整光路。
解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是 一種基于后置分光的薄層色譜掃描儀，包括光源、薄 層板、狹縫、單色器，在所述的光源輸出的主光路上，依次設(shè)置有直接接收光源輸出的復(fù)合 光的薄層板、狹縫、反射鏡、單色器和陣列感光元件，陣列感光元件的輸出端與數(shù)據(jù)處理及 控制器的輸入端連接。
本實用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是在所述的光源與薄層板之間的光路上還設(shè)置有傳導(dǎo)光 纖，在薄層板與狹縫之間的光路上設(shè)置有采光光纖。
本實用新型的又一技術(shù)方案是所述的單色器為光柵，所述的陣列感光元件為CCD ( Charge Coupled Device,電荷稱合器件)或PDA (Photodiode Array Detector ，光電二極 管陣列檢測器)。
所述的薄層板放置于二維移動平臺上。
本實用新型的基本原理是當(dāng)被測樣品在薄層板上展開并干燥以后，把該薄層板放置于 二維移動平臺上，按照分析需求的光譜波長范圍選取照射光源，波長范圍內(nèi)的復(fù)合光通過傳 導(dǎo)光纖導(dǎo)至薄層板表面，依據(jù)薄層板性質(zhì)，可選擇反射或者透射，將反射或透射后的光線再 通過采光光纖傳導(dǎo)至狹縫，經(jīng)過狹縫規(guī)整、反射鏡反射后，入射至光柵分光，經(jīng)過后置分光 的光帶投射到陣列感光元件轉(zhuǎn)換為光譜信號輸出至數(shù)據(jù)處理及控制器中進(jìn)行處理以薄板空 白處信號積分均值作為背景值，掃描得到的4維信號，可以表達(dá)為反射率或透過率，反射吸 光度或透射吸光度，K-M (Kubelka-Munk)函數(shù)值；
薄板上每一位置的光譜，可以用作該位置所含物質(zhì)定性或者純度判定，多個位置的光譜 可用作色譜分離度判定；薄板上每一區(qū)域的光譜積分或累加值，可以用作該區(qū)域包含物質(zhì)的 定量；與單位質(zhì)量物質(zhì)的光譜積分值比較得到的定量結(jié)果是該區(qū)域內(nèi)所包含物質(zhì)的絕對量。
由于采用了上述結(jié)構(gòu)，本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀與現(xiàn)有薄層色譜掃描儀的相比，具有以下有益效果
1、 數(shù)據(jù)量大
由于本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀采用了陣列感光元件進(jìn)行感光，在 同樣時間內(nèi)，陣列感光比較與單點光電管獲取的信息量要大得多，它可以在幾個毫秒內(nèi)獲取 薄層板上單個樣品點2000個波長上的光度響應(yīng)值，依據(jù)分辨率設(shè)定和斑點大小，薄層板掃描 完成時間在2-30分鐘，與傳統(tǒng)薄層掃描儀相當(dāng)，但是數(shù)據(jù)采集量高出三個數(shù)量級，因此，本
實用新型的數(shù)據(jù)量非常大，克服了現(xiàn)有薄層色譜掃描儀單點感光設(shè)計的數(shù)據(jù)采集效率低的缺 陷。
2、 成本低
由于本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀是在傳統(tǒng)的薄層色譜掃描儀的基礎(chǔ)上 ，改進(jìn)了光路設(shè)計，將前置分光單色的光路系統(tǒng)變更為后置分光的光路系統(tǒng)，即是在光源輸 出的主光路上，依次設(shè)置有直接接收光源輸出的復(fù)合光的薄層板、狹縫、反射鏡、單色器和
陣列感光元件；它取消了波長轉(zhuǎn)換裝置，降低了儀器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，從而也降低了其制作
要求，因此，本實用新型的成本比較低。
3、 精度咼
本實用新型的基于后置分光的薄層色譜掃描儀不僅保證了掃描波長確定和準(zhǔn)確，滿足準(zhǔn) 確定量的需求，而且還能給出每個被掃描點的完整光譜信息，掃描時間相當(dāng)?shù)那闆r下，信息
量較目前掃描儀高出3個數(shù)量級，因此，本實用新型的精度比較高。
4、 使用簡單，易于調(diào)整光路
由于本實用新型在光源與薄層板之間的光路上采用傳動光纖進(jìn)行導(dǎo)光，在薄層板與狹縫 之間的光路上采用采光光纖進(jìn)行導(dǎo)光，因此，可便于控制光斑大小，固定光纖光路，降低了 光路調(diào)整的難度，其使用比較簡單。
5、 本實用新型還可以完成樣品的定性和定量分析，同時由于提供了充足的信息，為新
的化學(xué)計量學(xué)方法的應(yīng)用提供了必要條件，可以進(jìn)一步挖掘處理信息，解決薄板色譜中常遇 到的分離不充分、線性響應(yīng)不好等難題。
此外，由于本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀采集的數(shù)據(jù)量比較大，因此， 它具備更強的數(shù)據(jù)獲取能力，儀器分析能力也得到明顯提升，而且由于數(shù)據(jù)獲取能力的支持 ，其定量分析精度、定性分析準(zhǔn)確度都很高，同時具有良好的重現(xiàn)性，對環(huán)境要求低，使用 方便，易于推廣使用。
下面，結(jié)合附圖和實施例對本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。


圖l:本實用新型之基于后置分光的薄層色譜掃描儀的光路圖(不含數(shù)據(jù)處理及控制器
);
圖2:現(xiàn)有的單波長、單光束薄層色譜掃描儀的光路圖； 圖3:現(xiàn)有的單波長、雙光束薄層色譜掃描儀的光路圖； 圖l中
L-光源，F(xiàn)E-傳導(dǎo)光纖，P-薄層板，XY-二維移動平臺，F(xiàn)C-采光光纖，SL-狹縫，SR-反 射鏡，GR-光柵，AP-陣列感光元件； 圖2中
L-光源，SL-狹縫，MC-單色器，P-薄層板，F(xiàn)F-二級濾光片，PM-光電檢測器； 圖3中
L-光源，MC-單色器，SD-光路切分裝置，WMC-楔形補償器；PM-光電檢測器，P-薄層 板，R-比例調(diào)節(jié)器。
具體實施方式
實施例
圖l中公開的是一種基于后置分光的薄層色譜掃描儀，它主要包括有光源L、薄層板P、 狹縫SL、單色器，在所述的光源L輸出的主光路上，依次設(shè)置有直接接收光源L輸出的復(fù)合光 的薄層板P、狹縫SL、反射鏡SR、單色器和陣列感光元件AP，陣列感光元件AP的輸出端與數(shù) 據(jù)處理及控制器的輸入端連接；在光源L與薄層板P之間的光路上設(shè)置有傳導(dǎo)光纖FE，并通過 該傳導(dǎo)光纖FE進(jìn)行導(dǎo)光，在薄層板P與狹縫SL之間的光路上設(shè)置有采光光纖FC，并通過該采 光光纖FC進(jìn)行導(dǎo)光；薄層板P放置于二維移動平臺XY上，單色器采用光柵GR，陣列感光元件 AP為CCD，數(shù)據(jù)處理及控制器為計算機。
所述光源L輸出的復(fù)合光通過傳導(dǎo)光纖FE直接照射到薄層板P，薄層板P放置于二維移動 平臺XY上，移動二維移動平臺XY，照射到薄層板P上每點的光經(jīng)透射或反射進(jìn)入采光光纖FC ，經(jīng)過狹縫SL規(guī)整，投射到反射鏡SR，再投射到光柵GR，光柵分光后，光帶在陣列感光元AP 上轉(zhuǎn)化為系列波長點上的光度響應(yīng)，即光譜信號，該光譜信號被輸入至計算機識別記錄光譜 數(shù)據(jù)。
本實用新型使用陣列感光元件感光，輸出連續(xù)光譜信號，實現(xiàn)薄層板被掃描處的完整反 射或透射光譜的采集，采集到的光譜為4維數(shù)據(jù)，g卩平面上X向、Y向、光譜各個波長上的
6光度響應(yīng)值。采集的直接光譜通過計算可表達(dá)為反射率或透過率，反射吸光度或透射吸光度 ，K-M (Kubelka-Munk)函數(shù)值?？梢酝ㄟ^光度響應(yīng)積分實現(xiàn)薄板上物質(zhì)分布定量，通過連 續(xù)波長上的光譜實現(xiàn)被測物質(zhì)的定性；通過完整的光譜比對，還可以判斷薄層色譜的分離度 和分離點物質(zhì)的純度。
作為本實施例的一種變換，在所述的光源L與薄層板P之間的光路上也可以不采用傳導(dǎo)光 纖FE進(jìn)行導(dǎo)光，在薄層板P與狹縫SL之間的光路上也可以不采用采光光纖FC進(jìn)行導(dǎo)光，只是 其調(diào)整光路的難度會增加。
作為本實施例的又一種變換，所述的單色器也可以不采用光柵而采用其它分光的儀器， 所述的陣列感光元件也可以不采用CCD而采用PDA或其它陣列感光元件。
作為本實施例的又一種變換，所述的薄層板P可以也不放置于二維移動平臺XY上。
權(quán)利要求1.一種基于后置分光的薄層色譜掃描儀，包括光源(L)、薄層板(P)、狹縫(SL)、單色器，其特征在于在所述的光源(L)輸出的主光路上，依次設(shè)置有直接接收光源(L)輸出的復(fù)合光的薄層板(P)、狹縫(SL)、反射鏡(SR)、單色器和陣列感光元件(AP)，陣列感光元件(AP)的輸出端與數(shù)據(jù)處理及控制器的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于后置分光的薄層色譜掃描儀，其特征在于在所述的光源(L)與薄層板(P)之間的光路上還設(shè)置有傳導(dǎo)光纖(FE)，在薄層板(P)與狹縫(SL)之間的光路上設(shè)置有采光光纖(FC)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于后置分光的薄層色譜掃描儀，其特征在于所述的單色器為光柵(GR)，所述的陣列感光元件(AP)為CCD或PDA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于后置分光的薄層色譜掃描儀，其特征在于所述的薄層板(P)放置于二維移動平臺(XY)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于后置分光的薄層色譜掃描儀，其特征在于所述的薄層板(P)放置于二維移動平臺(XY)上。
專利摘要一種基于后置分光的薄層色譜掃描儀，屬于化學(xué)分析和光電信號處理領(lǐng)域，該薄層色譜掃描儀在光源輸出的主光路上，依次設(shè)置有薄層板、狹縫、反射鏡、單色器和陣列感光元件，陣列感光元件的輸出端與數(shù)據(jù)處理及控制器連接；光源輸出的復(fù)合光直接照射到薄層板上，經(jīng)薄層板透射或反射的光線依次通過狹縫規(guī)整、反射鏡反射、單色器分光，分光后的光帶由陣列感光元件轉(zhuǎn)換為系列波長點上的光度響應(yīng)，該光度響應(yīng)被輸入至數(shù)據(jù)處理及控制器中進(jìn)行處理。本實用新型采集的數(shù)據(jù)量較大，具備較強的數(shù)據(jù)獲取能力，儀器分析能力也得到明顯提升，其定量分析精度、定性分析準(zhǔn)確度都很高，同時具有良好的重現(xiàn)性，對環(huán)境要求低，而且成本低、使用方便，易于推廣使用。
文檔編號G01N21/31GK201408183SQ200920303519
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者姚志湘, 宋光均, 暉 粟 申請人:姚志湘;廣州標(biāo)旗電子科技有限公司