基于多波长LED阵列激发的三维荧光光谱系统的设计与实现

　　1引言

　　荧光光谱技术已被广泛应用于生物、物理、化学以及材料等领域，利用荧光方法可以确定生物大分子的结构，诊断生物体组织中的肿瘤〔’〕;可以对环境和工作场所有害的生物气溶胶进行监测〔2〕;可以进行水质的分析，对水体进行实时监测〔’〕等。但传统的荧光计大多采用氮灯、激光器、汞灯作激发光源，不仅需要高压供电，且体积大、成本高，尤其不适合便携式仪器的研制。近年来，随着新的发光材料的成功研制和生产工艺的不断提高，各种超高亮的发光二极管不断出现，使得比D的发射波长扩展到了远紫外波段(Zoonm)。这些比D光源发光强度大，驱动电压低，功耗小，体积小，并且价格低廉。基于上述特点，比D光源正越来越多地被应用于各种仪器的研制和开发。而比D作为激发光源的可行性也已经被证明，清华大学何树荣等人对绿光LED激发荧光做过专门研究[’]，中科院杨世植等人用单波长超亮蓝比D检测水中叶绿素a的浓度圈。文中介绍了一个5种不同波长的比D阵列作为激发光源的三维荧光光谱系统的设计与实现，并通过实验验证其在实际应用中的可行性。

　　2系统介绍

　　2.1系统基本结构

　　比D阵列激发的三维荧光光谱系统的结构如图1所示。主要有(l)PC机，(2)单片微控制器A铭9C52，(3)5波长比D阵列，(4)聚焦透镜I(f=30mm)，(5)样品池，(6)聚焦透镜11(f二30mm)，(7)光谱仪，(8)PMT，(9)12位AD采集卡(转换速率8(X)kHz)9部分组成。系统中，激发光源为5个不同发射波长超高亮比D(其中括号内为比D的中心波长和发射光强)，蓝色比D(453nm，46(X)med)，绿色比D(525nm，250(X)med)，黄色LED(581.snm，41(X)med)，橙色LED(593nm，11《XX)med)，红色比D(6()8.snm，98(X)med)，直径均为5mm，5个比D被紧凑的固化在圆形电路板上，样品池大小为3ommx3ommx印mm。激发光通过聚焦透镜I聚焦在样品池上，在垂直90“方向上以另一个聚焦透镜n来收集荧光，将荧光聚焦到光谱仪狭缝人口，用光电倍增管探测进人狭缝的信号，通过灯D采集卡转化为数字信号，在PC机内有软件来实时显示。

　　2.2系统的控制电路

　　系统的控制电路如图2。

　　2.2.，比D阵列的控制

　　由于LED在电压变化时主发射波长会有一定的漂移，这里选用厂家提供的参数，正向测试电流IF二20lllA，通过精密电阻分压得到相应的前向驱动电压，并对5个比D的实际发射波长和线宽作了重新测定。实验时利用软件通过串口发送命令给单片机A铭9C52来切换LED。对于每种样品，分别利用5个比D作为激发光源，通过光谱仪扫描每一个LED激发时的荧光发射谱。