專利名稱：一種藍(lán)藻檢測光電傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電傳感器，尤其是一種水質(zhì)成份檢測，特別是水中藍(lán)藻檢測的 光電傳感器。
背景技術(shù)：
湖泊是人類最重要的水資源之一，在湖泊周圍也是我國人口和工業(yè)聚集區(qū)。因為 人類活動的影響，今年湖泊的富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，大中型湖泊太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、洪 澤湖、白洋淀等資源屬性受到威脅。富營養(yǎng)化的直接后果就是藍(lán)藻水華的發(fā)生，2008年太湖 爆發(fā)的藍(lán)藻水華嚴(yán)重影響了周邊居民的正常生活。如何在藍(lán)藻水華爆發(fā)前進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)警 變得非常重要。對水中藍(lán)藻含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測是切實(shí)可行的途徑。目前對藍(lán)藻的監(jiān)測都是通過檢測藍(lán)藻在特定波長下的吸收強(qiáng)度或者熒光強(qiáng)度來 判斷其濃度的，其技術(shù)為
1.利用藍(lán)藻中的藻藍(lán)蛋白對特定波長的光的吸收特性進(jìn)行吸收度測量以確定藍(lán)藻濃 度，定量分析依據(jù)為朗伯-比爾定律，我們簡稱之為吸收法，如圖1，包括光源1，樣品池2，光 接收器3，照射光束4，透射光束5。2.利用藻藍(lán)蛋白在吸收光照之后受激發(fā)射的特定波長的熒光，根據(jù)檢測到的熒光 量的大小來確定藍(lán)藻濃度，簡稱為熒光法。藻藍(lán)蛋白的激發(fā)波長峰值在621nm，而發(fā)射波長 的峰值在646nm，現(xiàn)有技術(shù)中大多是用這個波段的光源進(jìn)行照射。圖2給出了熒光法的示 意圖，包括光源1，樣品池2，照射光束6，熒光光束7，探測器8，收集透鏡9。圖3為熒光法 的另外一種實(shí)施例，基本原理一樣，都是通過熒光強(qiáng)度的大小來判斷藍(lán)藻的濃度，包括光源 1，樣品池2，照射光束6，熒光光束7，探測器8，濾色片10。上述方法的缺陷在于
1.檢測的是一個樣本的總體，而非每個藍(lán)藻細(xì)胞的個體，光強(qiáng)的變化量(吸收光或者熒 光)不能與藍(lán)藻濃度直接對應(yīng)，需要通過復(fù)雜的定標(biāo)體系來實(shí)現(xiàn)，一般方法為顯微鏡鏡檢， 非常費(fèi)時費(fèi)力，并且同一個檢測儀器對不同的水域都需要重新定標(biāo)。2.由于不同生理期的藍(lán)藻熒光強(qiáng)度是不同的，會造成濃度定標(biāo)的不準(zhǔn)確。例如 生長期的藍(lán)藻細(xì)胞熒光量大于成熟期的藍(lán)藻細(xì)胞熒光量，那么低濃度的生長期藍(lán)藻細(xì)胞與 高濃度的成熟期藍(lán)藻細(xì)胞就可能會得到同樣的熒光量，此時定標(biāo)已經(jīng)失去意義。3.檢測的只是通過藍(lán)藻細(xì)胞的濃度，無法對水域的藍(lán)藻的生理期進(jìn)行判斷，預(yù)警 功效較差。解決上述問題的最好方法是采用流式細(xì)胞儀對待測樣本進(jìn)行測量，但是流式細(xì)胞 儀體積龐大、沉重、價格昂貴，且需要在機(jī)外進(jìn)行樣本處理，只適合在實(shí)驗室測試，不能夠進(jìn) 行現(xiàn)場測試以及在線實(shí)時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，可實(shí)現(xiàn)對待測樣本所含的藍(lán)藻細(xì)胞進(jìn)行逐個測量；不僅精確得到藍(lán)藻的濃度，而且可以對藍(lán) 藻的不同生理期進(jìn)行分析，有助于對水域中藍(lán)藻的生長狀況進(jìn)行提前預(yù)警。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種藍(lán)藻檢測光電傳感器包括光源、第一聚焦透鏡 或透鏡組、流動室、第二聚焦透鏡、長通濾色片和光電探測器，所述光源位于第一聚焦透鏡 或透鏡組左邊，光源和聚焦透鏡組置于光源組件的內(nèi)孔中；流動室放置在流動室座中，流動 室位于第一聚焦透鏡或透鏡組右邊；通過所述流動室中心、在垂直于光束傳播的方向上依 次設(shè)置第二聚焦透鏡、長通濾色片、光電探測器，長通濾色片和光電探測器放置在探測組件 內(nèi)，第二聚焦透鏡放置在透鏡座內(nèi)；所述光源組件、流動室座、透鏡座以及探測組件用螺紋 分別與基板連接，特征在于所述光源采用發(fā)光二極管；所述發(fā)光二極管發(fā)出的光束經(jīng)過第 一聚焦透鏡或透鏡組形成一個橢圓形光斑照射到流動室內(nèi)檢測區(qū)，檢測區(qū)內(nèi)流過的藍(lán)藻細(xì) 胞經(jīng)過照射后產(chǎn)生的熒光通過第二聚焦透鏡，再通過長通濾色片進(jìn)入光電探測器形成電信 號，通過對這些電信號的分析可以得到藍(lán)藻的濃度以及藍(lán)藻的生長狀況。所述流動室外形為長方體的導(dǎo)孔，該導(dǎo)孔分為三個區(qū)域整流區(qū)、加速區(qū)、檢測區(qū)； 所述檢測區(qū)是光照射區(qū)域為一個邊長為200um 400um的方孔或者矩形孔；所述方孔或矩 形孔的入口漸擴(kuò)的部分形成加速區(qū)，鞘液通道與樣本液通道相嵌套的部分為整流區(qū)。所述樣本液通道出口為直徑0. 3mm的圓孔。所述光電探測器采用光電二極管(PD)。所述光源的波長為620 士 5nm，藍(lán)藻發(fā)出的熒光波長為640歷 850nm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1.解決傳統(tǒng)儀器的定標(biāo)問題。對特定體積的待測樣本中所含的藍(lán)藻細(xì)胞數(shù)目進(jìn)行逐 個計數(shù)，得到準(zhǔn)確的藍(lán)藻濃度，而無須通過復(fù)雜的定標(biāo)系統(tǒng)來得到藍(lán)藻濃度，測量結(jié)果更加 精確。2.在測量出濃度的同時，可以對樣本中藍(lán)藻的不同生理期進(jìn)行分析，對水域的藍(lán) 藻生長狀況進(jìn)行提前預(yù)警。3.用LED照明，大大降低了儀器成本和尺寸，有利于野外現(xiàn)場操作。


圖1是現(xiàn)有透射法原理圖。圖2是現(xiàn)有熒光法原理圖。圖3是應(yīng)用光纖的藍(lán)藻熒光檢測傳感器原理圖。圖4是采用本發(fā)明進(jìn)行檢測的系統(tǒng)原理圖。圖5是本發(fā)明光電傳感器使用原理圖。圖6(a)是流動室剖面圖。圖6 (b)是圖6 (a)的A-A剖面圖。圖7是流動室中檢測區(qū)的檢測示意圖。圖8是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)立體示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖4 圖8所示包括光源1、流動室12、第一聚焦透鏡或透鏡組16、第二聚焦 透鏡7、長通濾色片10、光電探測器8、基板20、探測組件60、透鏡座50、流動室座40、光源組 件30、信號處理與數(shù)據(jù)分析單元200及吸樣與液路控制單元300。本發(fā)明所述光電傳感器100，能夠?qū)λ驑颖镜乃{(lán)藻濃度進(jìn)行測量，所述光電傳感 器100包括光照射單元11、流動室12及光接收探測單元13。所述光照射單元11包括光源1、第一聚焦透鏡或透鏡組16，形成一個聚焦光斑照 射到流動室中流過的樣本流上；所述光照射單元至少包含一個紅色LED作為光源，其波長 在620nm士 5nm。光照射單元放置在光源組件30中。所述流動室12由光學(xué)透明材料制成，內(nèi)開一個導(dǎo)孔，在導(dǎo)孔中有兩種液體流過， 一種是含有藍(lán)藻細(xì)胞的待測樣本液，另外一種是鞘液，樣本液在鞘液的包裹下流過流動室， 使樣本液中所含的藍(lán)藻細(xì)胞一個一個地通過。流動室12用膠連接在流動室座40中。所述光接收探測單元13包括第二聚焦透鏡7、長通濾色片10、光電探測器8。所述 光接收探測單元13將樣本流中的粒子受到照射后產(chǎn)生的光信號收集到探測器上，并進(jìn)行 光電轉(zhuǎn)換。其中第二聚焦透鏡7位于透鏡座50中，長通濾色片10和光電探測器8位于探 測組件60中。如圖5、圖8所示假設(shè)光源發(fā)出的光從左至右傳播，所述光源1位于第一聚焦 透鏡或透鏡組16左邊，光源1和聚焦透鏡組16置于光源組件30的內(nèi)孔中；流動室12放置 在流動室座40中，流動室12位于第一聚焦透鏡或透鏡組16右邊；所述流動室12下方，在 垂直于光束傳播的方向上設(shè)置第二聚焦透鏡7，第二聚焦透鏡7放在透鏡座50內(nèi)，所述聚焦 透鏡7下方依次設(shè)置長通濾色片10、光電探測器8，長通濾色片10以及光電探測器8放置 在探測組件60內(nèi)，光電探測器8與信號處理與數(shù)據(jù)分析單元200連接；所述光源組件30， 流動室座40，透鏡座50以及探測組件60用螺紋和基板20連接。本文所述的右方是指光束 傳播方向，下方是光束傳播方向順時針轉(zhuǎn)動90度的方向。所述光源1光束經(jīng)過第一聚焦透鏡或透鏡組16形成一個橢圓形光斑14照射到流 動室12內(nèi)檢測區(qū)123，所述流動室12的熒光通過第二聚焦透鏡7，再通過長通濾色片10進(jìn) 入光電探測器8。如圖6 (a)、如圖6 (b)所示所述流動室12為一個光學(xué)透明材料制成的外形為長 方體或其他立方體的導(dǎo)孔，該導(dǎo)孔分為三個區(qū)域整流區(qū)121、加速區(qū)122、檢測區(qū)123。其 中檢測區(qū)123，也就是光照射區(qū)域為一個邊長為200um 400um的方孔或者矩形孔(本文簡 稱方孔)，如圖6(a) (b)所示。所述方孔的入口漸擴(kuò)為鞘液通道，鞘液通道內(nèi)平行插入樣本 液通道，樣本液通道出口在所述方孔入口漸擴(kuò)區(qū)域，與方孔入口正對，所述樣本液通道出口 為直徑0.3mm的圓孔。方孔的入口漸擴(kuò)的部分形成加速區(qū)122，鞘液通道與樣本液通道相 嵌套的部分為整流區(qū)121。流動室12內(nèi)部流動的鞘液流要滿足層流條件，即雷諾數(shù)<2300。 鞘流對樣本流進(jìn)行流體聚焦，將樣本流壓縮至小于2個藍(lán)藻細(xì)胞的寬度，以使藍(lán)藻細(xì)胞一 個一個的通過，使每次檢測事件只檢測一個細(xì)胞。鞘液在整流區(qū)121中形成層流，在加速區(qū) 122中將樣本液逐漸聚焦，直至在檢測區(qū)中將樣本液壓縮成20um左右的樣本流，這樣樣本 液中的藍(lán)藻細(xì)胞15就只能一個一個的通過檢測區(qū)照射光的照射，如圖7所示。為了降低成本和減小尺寸，使系統(tǒng)能夠適用于現(xiàn)場檢測，本發(fā)明采用LED作為光 源1，LED波長為620士5nm。藻藍(lán)蛋白的熒光激發(fā)譜在620nm附近，LED發(fā)出的光束經(jīng)過第一聚焦透鏡(組)16，形成一個在細(xì)胞流動方向(箭頭所示)為20um左右，垂直于細(xì)胞流動 和光束傳播的方向上為200um左右的橢圓形光斑14照射到細(xì)胞上，如圖7中所示。聚焦光 斑在流動室中心處的大小要求為在樣本流動方向上小于2個藍(lán)藻直徑，在同時垂直于光 束傳播和樣本流動的方向上不小于流動室內(nèi)孔寬度。在垂直于光束傳播的方向上用一個大 數(shù)值孔徑的第二聚焦透鏡7將熒光收集到光電探測器8上，本發(fā)明的光電探測器8采用的 是光電二級管。為了消除背景光，得到良好的信噪比，在光電探測器8前增加一個長通濾色 片10，將背景光(主要是照射光)最大限度的抑制，同時讓熒光通過。圖4所示本發(fā)明與信號處理與數(shù)據(jù)分析單元200、吸樣與液路控制單元300組成 藍(lán)藻細(xì)胞檢測的系統(tǒng)。所述光電傳感器100的光接收探測單元13輸出端與信號處理與數(shù) 據(jù)分析單元200輸入端連接，所述吸樣與液路控制單元300與光電傳感器100的流動室12 連接。藍(lán)藻細(xì)胞15通過檢測區(qū)照射光的照射，經(jīng)過照射后會產(chǎn)生熒光，熒光信號被光電 探測單元13接收，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后形成電信號，檢測區(qū)每通過一個藍(lán)藻細(xì)胞，光電探測單 元13輸出一個電脈沖信號與此細(xì)胞的熒光強(qiáng)度對應(yīng)，這些電脈沖信號被送至信號處理與 數(shù)據(jù)分析單元200，信號處理和數(shù)據(jù)分析單元200對藍(lán)藻的熒光信號進(jìn)行濾波處理，然后對 樣本的統(tǒng)計信息進(jìn)行分析。一個藍(lán)藻細(xì)胞對應(yīng)一個脈沖，脈沖的幅度反映了細(xì)胞的熒光量 大小，這樣就實(shí)現(xiàn)了樣本中單個細(xì)胞的檢測。檢測上萬個藍(lán)藻細(xì)胞，形成統(tǒng)計特性就是這個 樣本的總體特征脈沖的總數(shù)目除以被測體積就是樣本的藍(lán)藻濃度，對樣本中所有脈沖的 幅度進(jìn)行統(tǒng)計分析可得到該樣本藍(lán)藻的生長發(fā)育狀況。利用本發(fā)明，不僅可以對水域內(nèi)藍(lán)藻的濃度進(jìn)行定量測量，更進(jìn)一步，可以對藍(lán)藻 的不同生理期進(jìn)行分析判斷，用以判斷被測樣本所在水域藍(lán)藻的生長狀況。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，包括光源(1)、第一聚焦透鏡或透鏡組(16)、流動室 (12)、第二聚焦透鏡(7)、長通濾色片(10)和光電探測器(8)，所述光源(1)位于第一聚焦透 鏡或透鏡組(16)左邊，光源(1)和聚焦透鏡組(16)置于光源組件(30)的內(nèi)孔中；流動室 (12)放置在流動室座(40)中，流動室(12)位于第一聚焦透鏡或透鏡組(16)右邊；通過所 述流動室(12)中心、在垂直于光束傳播的方向上依次設(shè)置第二聚焦透鏡(7)，、長通濾色片 (10 )、光電探測器(8 )，長通濾色片(10 )和光電探測器(8 )放置在探測組件(60 )內(nèi)，第二聚 焦透鏡(7)放置在透鏡座(50)內(nèi)；所述光源組件(30)、流動室座(40)、透鏡座(50)以及探 測組件(60)用螺紋分別與基板(20)連接，其特征在于所述光源(1)采用發(fā)光二極管；所述 發(fā)光二極管發(fā)出的光束經(jīng)過第一聚焦透鏡或透鏡組(16)形成一個橢圓形光斑(14)照射到 流動室(12)內(nèi)檢測區(qū)(123)，檢測區(qū)(123)內(nèi)流過的藍(lán)藻細(xì)胞經(jīng)過照射后產(chǎn)生的熒光通過 第二聚焦透鏡(7 )，再通過長通濾色片(10 )進(jìn)入光電探測器(8 )形成電信號，通過對這些電 信號的分析可以得到藍(lán)藻的濃度以及藍(lán)藻的生長狀況。
2.如權(quán)利要求1所述一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，其特征是所述流動室(12)外形為長 方體的導(dǎo)孔，該導(dǎo)孔分為三個區(qū)域整流區(qū)(121)、加速區(qū)(122)、檢測區(qū)(123)；所述檢測區(qū) (123)是光照射區(qū)域為一個邊長為200um 400um的方孔或者矩形孔；所述方孔或矩形孔的 入口漸擴(kuò)的部分形成加速區(qū)(122)，鞘液通道與樣本液通道相嵌套的部分為整流區(qū)(121 )。
3.如權(quán)利要求2所述一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，其特征是所述樣本液通道出口為直 徑0. 3mm的圓孔。
4.如權(quán)利要求1所述一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，其特征是所述光電探測器(8)采用光電二極管。
5.如權(quán)利要求1所述一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，其特征是所述光源(1)的波長為 620 士 5nm，透光波長為 640nm 850nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種藍(lán)藻檢測光電傳感器，其光源和聚焦透鏡組置于光源組件的內(nèi)孔中；流動室位于第一聚焦透鏡或透鏡組右邊，在垂直于光束傳播的方向上設(shè)置第二聚焦透鏡，第二聚焦透鏡放在透鏡座內(nèi)，長通濾色片以及光電探測器放置在探測組件內(nèi)，所述光源組件、流動室座、透鏡座以及探測組件用螺紋分別與基板連接；所述光源采用發(fā)光二極管；所述發(fā)光二極管發(fā)出的光束經(jīng)過第一聚焦透鏡或透鏡組形成一個橢圓形光斑照射到流動室內(nèi)檢測區(qū)。本發(fā)明適合現(xiàn)場測量的藍(lán)藻分析方法，可實(shí)現(xiàn)對待測樣本所含的藍(lán)藻細(xì)胞進(jìn)行逐個測量；不僅精確得到藍(lán)藻的濃度，而且對藍(lán)藻的不同生理期進(jìn)行分析，有助于對水域中的藍(lán)藻的生長狀況進(jìn)行提前預(yù)警。
文檔編號G01N21/64GK102095712SQ201010599009
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者楚建軍, 趙丙強(qiáng), 邵建輝 申請人:無錫榮興科技有限公司