手性液體對映體過量測量系統(tǒng)、其制備方法和測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)，具體涉及一種手性液體對映體過量測量系統(tǒng)、其制備 方法和測量方法。屬于精密分析與測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 手性物體是指：一個通過平移和旋轉(zhuǎn)等任意空間操作都不能與其鏡像重合的物 體。該物體與鏡像之間互稱為對映體。研究顯示：具有重要生理意義的有機(jī)化合物絕大多 數(shù)為手性分子，并僅以一種對映體存在。因此許多藥物中的兩種對映體會表現(xiàn)出不同的藥 動學(xué)。多數(shù)情況下，只有一種對映體有顯著的藥理活性，另一種活性較低，甚至導(dǎo)致毒副反 應(yīng)。為此有必要發(fā)明一種裝置及方法來快速、靈敏地測量手性液體中兩種對映體所占比例 的差值，即對映體過量值。
[0003] 與化學(xué)測量方法相比，基于物理的手性液體對映體過量測量裝置及方法更為簡 單，基本原理為手性液體對左旋圓偏振光（LeftcircularlypolarizedlightLCP)和右 旋圓偏振光（RightcircularlypolarizedlightRCP)的折射率存在微小差異（~ΙΟ6)。 Preston等人在《AppliedPhysicsLetters》Vol. 89ΡΡ25309上發(fā)表"Simpleliquid-core waveguidepolarimetry"（簡單的液芯波導(dǎo)偏振儀，應(yīng)用物理快報，Vol. 89PP25309) -文， 利用細(xì)長的空心光纖替代傳統(tǒng)旋光測量方法中的液柱，一束線偏振光射入手性液體時分解 成LCP和RCP，透過手性液體后兩圓偏振光的相位延遲大小不同，所以透射光的偏振態(tài)存在 一小角度旋轉(zhuǎn)。在空心光纖測量裝置及方法中，手性液體用量大為減少，但器件不適宜小型 化。
[0004] Ghosh等人分別在《Physicalreviewletters》Vol. 97PP173002 上發(fā)表"Chiral moleculessplitlightreflectionandrefractioninchiralliquid'，（光在手性 分子中分裂：手性液體中的光反射和折射，物理評論快報，Vol. 97PP173002)和《Optics letters》Vol. 32(13)PP1836-1838 上發(fā)表"Circulardifferentialdoublediffraction inchiralmedia"（手性媒介中的圓微分雙衍射，光學(xué)快報，Vol. 32(13)PP1836-1838)兩 文，指出在非手性介質(zhì)與手性液體的界面上，由于LCP和RCP的折射率不同，兩圓偏振光 的反射角、折射角、衍射角都存在微小差異，LCP和RCP會在遠(yuǎn)場處分離。反射、折射、衍射 現(xiàn)象都發(fā)生在界面處，現(xiàn)有的這些對映體過量測量方法手性液體耗量小，且裝置適合小型 化，但仍然存在缺陷：即測量精度不高，因為角度改變非常小（~10 7rad)，在單次反射、折 射或衍射過程中無法有效分離LCP和RCP。如在衍射方法中，最佳結(jié)果只能測定檸檬油精 (limonene)手性液體1%的對映體過量值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種手性液體對映體過量測量 系統(tǒng)、其制備方法和測量方法。通過將入射光的偏振態(tài)在LCP與RCP之間轉(zhuǎn)變，并利用反射 光的古斯?jié)h欣位移對樣品腔中手性液體折射率變化靈敏的特性，來精確測量手性液體對映 體過量值。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] 手性液體對映體過量測量系統(tǒng)，是由倍角轉(zhuǎn)臺、光波導(dǎo)和光電發(fā)射與信號探測裝 置三部分組成，光波導(dǎo)垂直固定于倍角轉(zhuǎn)臺的內(nèi)轉(zhuǎn)臺上；從遠(yuǎn)離光波導(dǎo)的一側(cè)起，光電發(fā)射 與信號探測裝置依次包括同軸等高的可調(diào)諧激光器、光學(xué)小孔I、偏振片、光彈調(diào)制器以及 光學(xué)小孔II五個部件，這五個部件的光軸與倍角轉(zhuǎn)臺內(nèi)轉(zhuǎn)臺的上表面平行；倍角轉(zhuǎn)臺的外 轉(zhuǎn)臺上裝有一調(diào)節(jié)支架以固定光電二極管或位置靈敏探測器，其與光學(xué)小孔II關(guān)于光波 導(dǎo)的中心軸對稱，光電發(fā)射與信號探測裝置發(fā)射的激光經(jīng)光波導(dǎo)反射后垂直入射到光電二 極管或位置靈敏探測器的中心。
[0008] 從靠近光電發(fā)射與信號探測裝置的一側(cè)起，光波導(dǎo)依次包括上層玻璃薄片、一對 玻璃片和下層玻璃襯底，上層玻璃薄片和下層玻璃襯底的上表面分別沉積有上層金屬膜和 下層金屬膜，所述的一對玻璃片間隔放置，玻璃片的內(nèi)側(cè)邊為半圓形凹陷，所述的兩個半圓 形凹陷構(gòu)成樣品腔，樣品腔的兩側(cè)分別為進(jìn)樣通道和出樣通道；其中，上層金屬膜與倍角轉(zhuǎn) 臺的中心軸處在同一平面上。
[0009] 所述的上層金屬膜為金膜或銀膜，厚度為20~40nm，上層玻璃薄片的厚度為 0. 05~0. 25mm，玻璃片的厚度為0. 2~3mm，下層金屬膜為金膜或銀膜，厚度為200~400m， 下層玻璃襯底厚度為0. 5~5mm。
[0010] 所述玻璃片的上、下表面分別與上層玻璃薄片和下層金屬膜通過光膠技術(shù)粘合。
[0011] 所述進(jìn)樣通道和出樣通道的寬度相同，為〇. 02~0. 25mm，所述樣品腔的半徑為 0. 1 ~ lmm〇
[0012] 上述系統(tǒng)的制備方法，具體步驟是：
[0013] (1)分別在拋光后的上層玻璃薄片和下層玻璃襯底的上表面沉積上層金屬膜和下 層金屬膜，將拋光后的一對玻璃片間隔放置，以形成進(jìn)樣通道、出樣通道和樣品腔，將已放 置好的一對玻璃片的上、下兩表面分別與上層玻璃薄片和下層金屬膜通過光膠技術(shù)粘合， 即得光波導(dǎo)；
[0014] (2)將光波導(dǎo)固定于倍角轉(zhuǎn)臺的內(nèi)轉(zhuǎn)臺上，并使得上層金屬膜與倍角轉(zhuǎn)臺的中心 軸處在同一平面上，將光電二極管固定在倍角轉(zhuǎn)臺外轉(zhuǎn)臺的調(diào)節(jié)支架上，使光電發(fā)射與信 號探測裝置的光軸與倍角轉(zhuǎn)臺上轉(zhuǎn)臺的上表面平行，并且使經(jīng)光波導(dǎo)反射后的激光垂直入 射到光電二極管的中心。
[0015] 上述系統(tǒng)對應(yīng)的手性液體對映體過量值測量方法，包括步驟：
[0016] (1)調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光器所發(fā)出入射光的波長，入射光經(jīng)光學(xué)小孔I準(zhǔn)直后通過偏 振片和光彈調(diào)制器，再由光學(xué)小孔II進(jìn)一步準(zhǔn)直入射到光波導(dǎo)上；
[0017] (2)將待測手性液體通過進(jìn)樣通道進(jìn)入樣品腔，通過旋轉(zhuǎn)倍角轉(zhuǎn)臺改變?nèi)肷浣?，?光電二極管記錄反射光強(qiáng)，以獲取超高階導(dǎo)模的反射譜；
[0018] (3)固定入射角，將調(diào)節(jié)支架上的光電二極管更換為位置靈敏探測器，調(diào)節(jié)加載在 光彈調(diào)制器上的電壓使入射光的偏振態(tài)在左旋圓偏振光（LCP)和右旋圓偏振光（RCP)兩者 之間轉(zhuǎn)換，利用位置靈敏探測器測量不同圓偏振下反射光古斯?jié)h欣位移的差值；
[0019] (4)根據(jù)不同圓偏振下反射光古斯?jié)h欣位移的差值反向推算出手性液體對左旋圓 偏振光（LCP)與右旋圓偏振光（RCP)的折射率差異，再由待測手性液體的性質(zhì)得知其對映 體過量值大小。
[0020] 所述入射角Θ固定在3°~10°之間任一吸收峰上升沿或下降沿的中心位置。
[0021] 所述入射光波長為858nm~863nm，光彈調(diào)制器的中心波長為860nm。
[0022] 本發(fā)明的工作原理：
[0023] 當(dāng)相位匹配時，入射光被耦合進(jìn)樣品腔，反射光相位相對于入射光產(chǎn)生急劇變化， 從而大大增強(qiáng)反射光的古斯?jié)h欣位移（即反射光點(diǎn)相對于入射光點(diǎn)有一側(cè)向位移）。利用 反射光的古斯?jié)h欣位移大小對手性液體折射率變化極其靈敏及手性液體對LCP與RCP的折 射率存在微小差異，當(dāng)入射光的偏振態(tài)在LCP與RCP之間轉(zhuǎn)換時，通過位置靈敏探測器測量 反射光古斯?jié)h欣位移的變化可精確得知手性液體中對映體過量值。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：
[0025] 本發(fā)明用金屬膜作為光波導(dǎo)的包覆層，樣品腔中的手性液體折射率范圍將不受限 制，且入射光可通過自由空間耦合技術(shù)耦合進(jìn)樣品腔內(nèi)，無須棱鏡或光柵結(jié)構(gòu)，發(fā)明裝置簡 單，適于小型化、規(guī)?；a(chǎn)；由于樣品腔厚度為毫米尺度，能容納導(dǎo)模階數(shù)大于1000的超 高階導(dǎo)模，此種導(dǎo)模對TM、TE偏振光不靈敏，半高全寬極小，對樣品腔中的折射率變化極其 靈敏，且測量的古斯?jié)h欣位移信號不受入射光強(qiáng)漲落影響。本發(fā)明方法可有效提高手性液 體對映體過量值的測量精度。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明光波導(dǎo)中玻璃片、樣品腔的俯視圖。
[0029] 其中，1為倍角轉(zhuǎn)臺，2為光波導(dǎo)，3為光電發(fā)射與信號探測裝置，4為內(nèi)轉(zhuǎn)臺，5為 外轉(zhuǎn)臺，6為調(diào)節(jié)支架，7為可調(diào)諧激光器，8為光學(xué)小孔I，9為偏振片，10為光彈調(diào)制器，11 為光學(xué)小孔II，12為光電二極管，13為位置靈敏探測器，14為上層金屬膜，15為上層玻璃薄 片，16為玻璃片，17為下層金屬膜，18為下層玻璃襯底，19為樣品腔，20為進(jìn)樣通道，21為 出樣通道，Θ為入射角，S為古斯?jié)h欣位移。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說明的是，下述說明僅 是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0031] 實施例：
[0032] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的手性液體對映體過量測量系統(tǒng)，是由