本發(fā)明涉及食品檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代社會(huì)人們?nèi)找骊P(guān)注食品的安全狀況，尤其是對食品添加劑、農(nóng)藥殘留超標(biāo)和食品中添加違禁物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息日益關(guān)注。

基于圓形光波導(dǎo)的生物檢測儀利用激光在圓形波導(dǎo)內(nèi)以全反射方式傳輸時(shí)在傳感器表面產(chǎn)生消逝波，該消逝波將可激發(fā)通過生物親和反應(yīng)而結(jié)合到傳感器表面上的標(biāo)記熒光的待測物質(zhì)，通過檢測熒光信號大小而實(shí)現(xiàn)待測物質(zhì)濃度的檢測。通常消逝波場的穿透深度只有數(shù)十納米至幾百納米，所以圓形光波導(dǎo)生物檢測儀只能探測到結(jié)合于消逝波場范圍內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光，而溶液中游離的熒光物質(zhì)幾乎不對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此該類檢測儀具有靈敏度高、生物特異性強(qiáng)和檢測速度快等特點(diǎn)，同時(shí)可對生物反應(yīng)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，因而在食品檢測和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)的該類檢測儀主要是運(yùn)用圓形波導(dǎo)作為傳感單元，而光信號收集單元采用大量光學(xué)分離元件。對激光傳送與熒光的收集和檢測都是采用常規(guī)的光學(xué)元件，如反射鏡、透鏡組、斬波器等，因此該類檢測儀存在光路調(diào)節(jié)困難、系統(tǒng)復(fù)雜、能量損耗大等缺點(diǎn)。本發(fā)明所述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀在于激光傳送和熒光的收集都是利用圓形光波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，光損失少，檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀，運(yùn)用單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)激光的傳送和熒光的收集，最大限度減少光學(xué)分離器件來實(shí)現(xiàn)高效率的光傳送和高的信噪比，最終實(shí)現(xiàn)食品風(fēng)險(xiǎn)污染物的高靈敏檢測，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀，包括激光器、單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置、圓形光波導(dǎo)傳感模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊、USB數(shù)據(jù)接口模塊和計(jì)算機(jī)，所述激光器、單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置、圓形光波導(dǎo)傳感模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊、USB數(shù)據(jù)接口模塊和計(jì)算機(jī)根據(jù)相對應(yīng)的輸入輸出端口依次連接，所述DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊的相應(yīng)端口分別連接USB數(shù)據(jù)接口模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊；所述光電轉(zhuǎn)換模塊的前端裝有熒光濾光片；所述圓形光波導(dǎo)傳感模塊包括圓形光波導(dǎo)傳感元件和毛細(xì)管樣品池。

進(jìn)一步的，所述單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置由單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)束耦合而成。

進(jìn)一步的，所述的單模圓形光波導(dǎo)的直徑為4微米，數(shù)值孔徑為0.22；多模圓形波導(dǎo)束的直徑為200微米，數(shù)值孔徑為0.22，共由5根組成。

進(jìn)一步的，所述的圓形波導(dǎo)傳感模塊與單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置采用可拆卸的連接器進(jìn)行連接。

進(jìn)一步的，所述的圓形波導(dǎo)傳感元件表面固定有生物識別分子。

上述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀的檢測方法，包括以下步驟：

（1）待測物的濃度的信息采集：

利用激光激發(fā)通過生物親和反應(yīng)而使連接在圓形光波導(dǎo)傳感元件表面上的標(biāo)記有熒光的待測物發(fā)出熒光并收集，然后將收集的信息經(jīng)光電轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)換為電信號；

（2）信號的放大、濾波處理：把光電轉(zhuǎn)換的電信號經(jīng)過放大電路放大、濾波元件的濾波后，送入DSP數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)一步的分析處理；

（3）DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊對數(shù)據(jù)的分析處理和控制：選擇不同采樣頻率進(jìn)行AD采樣，經(jīng)過快速傅里葉變換計(jì)算和DSP數(shù)據(jù)處理模塊的分析，得出在一定時(shí)間段內(nèi)待測物濃度的信號特征值；經(jīng)USB數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送到計(jì)算機(jī)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和顯示。

本發(fā)明的有益效果為：所述激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀體積小方便攜帶，使用時(shí)直接放置在現(xiàn)場，利用激光激發(fā)通過生物親和反應(yīng)而使連接在圓形光波導(dǎo)傳感元件表面上的標(biāo)記有熒光的待測物發(fā)出熒光并收集，然后經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘柌杉吞幚恚纯蓹z測食品中待測物的濃度。

附圖說明

下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀的圓形光波導(dǎo)傳感模塊示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀的傳感元件示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述的激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀的單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置示意圖。

圖中：

1、 激光器； 2、 單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)；3、 光電轉(zhuǎn)換模塊； 4、 熒光濾光片；5、連接器； 6、圓形光波導(dǎo)傳感模塊； 7、DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊； 8、 USB數(shù)據(jù)接口模塊； 9 、計(jì)算機(jī)； 10、圓形波導(dǎo)傳感元件；11、毛細(xì)管樣品池；1001、包層 ；1002、傳感元件（纖芯）；201、單模圓形波導(dǎo) ； 202、 多模圓形波導(dǎo)束 。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種激光誘導(dǎo)熒光食品檢測儀，包括激光器1、單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置2、圓形光波導(dǎo)傳感模塊6、光電轉(zhuǎn)換模塊3、DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊7、USB數(shù)據(jù)接口模塊8和計(jì)算機(jī)9，所述激光器1、單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置2、圓形光波導(dǎo)傳感模塊6、光電轉(zhuǎn)換模塊3、DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊7、USB數(shù)據(jù)接口模塊8和計(jì)算機(jī)9根據(jù)相對應(yīng)的輸入輸出端口依次連接，所述DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊7的相應(yīng)端口分別連接USB數(shù)據(jù)接口模塊8和光電轉(zhuǎn)換模塊3；所述光電轉(zhuǎn)換模塊3的前端裝有熒光濾光片4；所述圓形光波導(dǎo)傳感模塊6包括圓形光波導(dǎo)傳感元件10和毛細(xì)管樣品池11。

所述激光器1發(fā)出的激光經(jīng)單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)裝置2中的單模圓形波導(dǎo)201進(jìn)入圓形光波導(dǎo)傳感模塊6中的圓形光波導(dǎo)傳感元件10，并在傳感元件（纖芯）1002產(chǎn)生消逝波，該消逝波激發(fā)結(jié)合到傳感元件（纖芯）1002的標(biāo)記在待測物上的熒光分子。部分熒光耦合回傳感元件（纖芯）1002，經(jīng)過連接器5進(jìn)入單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)2的多模圓形波導(dǎo)束202，熒光濾光片4濾除反射的激發(fā)光，而大部分熒光得以通過，透過的熒光由光電轉(zhuǎn)換模塊3檢測到并轉(zhuǎn)換成電信號，然后該信號經(jīng)DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊7處理后經(jīng)USB數(shù)據(jù)接口模塊8交由計(jì)算機(jī)9實(shí)時(shí)分析和顯示。

所述的單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)2是由一根處于中心位置的單模圓形波導(dǎo)201和多模圓形波導(dǎo)束202組成，其中單模圓形波導(dǎo)201是將激光引入圓形波導(dǎo)傳感元件1002，而多模圓形波導(dǎo)束202用于收集熒光，有利于提高熒光收集效率。

所述的圓形光波導(dǎo)傳感元件10的包層1001被去除部分，并在傳感元件（纖芯）1002表面上固定生物識別分子。

所述的單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)2通過連接器5與圓形光波導(dǎo)傳感模塊6結(jié)合。

所述圓形光波導(dǎo)傳感模塊6由圓形光波導(dǎo)傳感元件10和毛細(xì)管樣品池11組成，傳感元件（纖芯）1002在檢測前需固定生物識別分子，然后放置在毛細(xì)管樣品池11中，再與單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)2相連。

檢測時(shí)，將圓形光波導(dǎo)傳感模塊6放入待測物溶液中，在毛細(xì)管作用下，溶液進(jìn)入毛細(xì)管，反應(yīng)一定時(shí)間后，打開激光器1，激發(fā)光將以全反射方式進(jìn)入傳感元件（纖芯）1002，激光在傳感元件（纖芯）1002內(nèi)多次反射傳播時(shí)產(chǎn)生的消逝波激發(fā)結(jié)合到其表面的熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，部分耦合回傳感元件（纖芯）1002，經(jīng)多模圓形光波導(dǎo)束202傳輸后，從另一端射出，經(jīng)熒光濾光片4濾光后進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊3，并被轉(zhuǎn)換成與熒光強(qiáng)度成正比的電信號，經(jīng)DSP數(shù)據(jù)處理控制模塊7處理后經(jīng)USB數(shù)據(jù)接口模塊8發(fā)送到計(jì)算機(jī)9進(jìn)行分析處理。計(jì)算機(jī)9分析處理后到的數(shù)據(jù)與圓形光波導(dǎo)元件表面待測物質(zhì)的濃度成正比，通過分析信號的強(qiáng)弱即可得知待測物質(zhì)的濃度。

圖1是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下：

激發(fā)光源是中心波長為650nm的半導(dǎo)體激光器1，輸出功率為5mW，單模圓形波導(dǎo)和多模圓形波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)中：單模圓形光波導(dǎo)的直徑為4微米，數(shù)值孔徑為0.22；多模圓形波導(dǎo)的直徑為200微米，數(shù)值孔徑為0.22，共由5根組成。熒光濾光片4對激發(fā)光的透過率≤10－6，對熒光的透過率≥75％。光電轉(zhuǎn)換器為光電二極管。

檢測時(shí)，在毛細(xì)管樣品池8內(nèi)注入了標(biāo)記了Cy5.5熒光分子的待測樣品溶液，實(shí)施例中圓形波導(dǎo)元件對Cy5.5熒光分子溶液的探測靈敏度均達(dá)到10－8mol/L。完成一次熒光信號檢測所需時(shí)間少于20min。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。