[发明专利]一种高精密度快速痕量分析装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种高精密度快速痕量分析装置。

【背景技术】

高精度快速痕量分析装置在精密医学诊断、大气成分监测、物质组成分析等方面发挥着重要作用。例如，高精度光梳痕量分析装置可以为研究人体机能状况提供依据，人体内特殊的生理反应能够从散布于肺中的痕量气体体现出来，在人体呼出的气体中一些反常成份的存在可用来判断和监控许多疾病，如通过检测人体呼出气的二氧化碳浓度可以协助诊断呼吸功能衰竭；通过探测人体内的氨含量来判断肾衰竭的病情；还可以用于研究甲胺对肝病、肾病的影响；痕量分析装置的核心是物质的特征谱测量，目前最常用的特征谱测量装置主要是基于分光装置的样品吸收光谱探测技术，这种装置利用单色光通过样品，然后依靠光学色散元件标定探测光的具体波长，并扫描单色光波长，实现对样品在宽谱范围内的吸收光谱的测量。

传统测量装置的缺点是：

1、精度不高，由于测量采用的是光学色散方式标定激光波长，所以波长的准确度受到机械加工工艺的限制和光学仪器空间分辨能力的限制，光谱测量精度通常在1nm～0.01nm之间。

2、探测灵敏度不够，由于传统光谱测量技术采用了大量光学色散元件，而这些元件对信号光都存在着一定程度的吸收损耗作用，无法实现对弱光信号的超灵敏测量。

3、测量时间较长，传统光谱测量技术采用的主要是对扫描探测光波长的方式实现对样品整个光谱的测量，所以整个过程耗时耗能。

4、光谱扫描范围有限，且调谐精度不高。传统光谱技术中的探测光源采用的波长可调谐的连续激光器。这种连续激光器的工作波长范围有限，调节精度严重受到了腔内色器件的机械调节精度的限制，所以调谐精度有限。

5、光谱仪结构复杂，不便携带。传统的光谱测量主要是依靠棱镜等色散元件组成的分光计系统对光波长进行测量。由于棱镜、光栅等元件体积大，控制系统复杂，所以增加了光谱仪的复杂度。

6、连续光的光功率有限，在对固体介质表面光谱测量时，难以激化固体表面分子，从而无法进一步获得物体表层极化分子的光谱信息。

7、传统光谱测量装置采用的连续光，不具备时间脉冲特性，所以无法对样品进行时间可分辨的光谱探测。

本发明就是基于这种情况作出的。

【发明内容】

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种在提高光谱成分的测量精度和灵敏度的同时实现了对物质光谱的无扫描快速成谱测量的高精密度快速痕量分析装置。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于包括有能发出稳定时频域的探测光源的光纤光梳装置，以及让探测光源通过的装有待测样品的样品池和能发出与探测光源的重复频率不同的本振光源的本振光源装置，此外，还包括有多个能对光探测光源和本振光源进行透射和反射的半透半反镜和能将探测光源和本振光源进行反射的全反镜，将经过样品池和未经过样品池的探测光源和本振光源进行拍频的双光拍频装置和将拍频信号进行差分滤波放大的平衡探测装置。

如上所述的一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于所述的光纤光梳装置包括有掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器。

如上所述的一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于所述的样品池为空心光子晶体光纤。

如上所述的一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于所述的双光拍频装置包括有第一高速光电探测器和第二高速光电探测器，所述的第一高速光电探测器探测经过样品池的探测光源和本振光源，所述的第二高速光电探测器探测未经过样品池的探测光源和本振光源。

如上所述的一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于所述的平衡探测装置包括将第二高速光电探测器的拍频信号延时处理的延时器，将经延时处理和未经延时处理的信号进行差分滤波放大的差分放大器，将经过差分放大后的信号进行分析的分析仪。

如上所述的一种高精密度快速痕量分析装置，其特征在于所述的半透半反镜包括有第一半透半反镜、第二半透半反镜和第三半透半反镜，所述的全反镜包括有第一全反镜和第二全反镜，所述的第一半透半返镜置于光纤光梳装置和样品池之间，所述的第二半透半反镜置于样品池和第一高速光电探测器之间，所述的第三半透半反镜置于第二半透半反镜的正下方，所述的第一全反镜置于第一半透半反镜的正下方，所述的第二全反镜置于第三半透半反镜的正下方，所述的第一反全镜和第三半透半反镜置于同一光路上，所述的第二半透半反镜、第三半透半反镜、第二全反镜置于同一光路上。

本发明和现有技术相比，有以下优点：