[发明专利]一种流动系统多环芳烃荧光检测器及应用

说明书

本发明专利提供了一种流动系统多环芳烃荧光检测器，检测器由深紫外发光二极管、激发滤光片、流通池、收集透镜、有色吸收玻璃、发射滤光片、光阑、光电二极管、放大电路组成。深紫外LED可激发15种多环芳烃发出荧光；有色吸收玻璃用于强吸收深紫外波段的杂散光；发射滤光片具有超宽光谱，涵盖有15种多环芳烃的发射光谱。本发明用深紫外LED替代氙灯为光源，光电二极管集成放大电路替代光电倍增管(PMT)为探测器，无需波长调节(基线无台阶式上升或下降)，即可同时高灵敏检测15种多环芳烃，对苯并(a)芘检测限≤0.05ppb。相比于现有技术，本发明检测器寿命长、稳定性好、体积小、成本低。

技术领域

本发明专利涉及分析仪器技术领域，更具体地说，涉及一种流动系统多环芳烃荧光检测器，可用于高效液相色谱(HPLC)、超高效液相色谱(UPLC)及流动注射分析(FIA)等流动分析系统，同时检测15种多环芳烃。

背景技术

多环芳烃(PAHs)是一类具有两个以上苯环的芳香族有机化合物。广泛存在于大气、水体、土壤、食品、沉积物中，半衰期少则2个月、多则几年，多数很难被降解；具有强致癌、致突变及致畸性。我国强制执行国标GB5009.265—2016，该国标建议采用高效液相色谱(HPLC)方法检测食品中PAHs，要求对苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽的检出限为0.33μg/kg。

目前，针对PAHs检测的商品化荧光检测器全都是进口仪器。它使用氙灯为光源、光栅为单色器、光电倍增管(PMT)为探测器。但氙灯寿命短(2000h)、光强稳定性低(10h低于±5％)、功耗高(15～150W)、光效低、成本高(进口灯0.8～2万元/支)、体积大、对环境条件要求高、需高压启动、启动后预热稳定时间长(30min)、需大散热模块。光栅单色器同样结构复杂、价格高。PMT价格昂贵(￥6,000/个)、通电平衡时间长(～20min)、动态范围仅3-4个数量级、需要高压和调理电路、不抗电磁干扰、对工作环境的温湿度要求高、通电情况暴露在强光下立即损坏。另外，由于每种PAHs的最大激发波长和最大发射波长不同，目前商品化的多环芳烃荧光检测器在15种PAHs的一次色谱分离检测中需要针对每种PAH设定激发和发射波长。但是激发和发射波长设定值的改变带来的问题是基线台阶式上升或下降。

发光二极管(LED)被誉为第四代绿色光源，在商品化微型浓度分析仪器上，如叶绿素传感器等，LED已经取代了低压汞灯和氙灯，成为了主流光源。随着半导体技术飞速发展，高亮度、长寿命的深紫外LED光源产品(波长短于340nm)近年来取得了突破性进展。它寿命长(深紫外5000～10000h)、光强稳定性高(10h低于±0.05％)、功耗低(深紫外0.1～2W)、光效高、成本低(50～300元/只)、体积小、无毒环保、对环境条件要求低(抗震、坚固、可靠)、5V电压即可启动、启动后无需预热瞬间稳定(μs)；无需大散热模块。它的光谱输出范围较窄(深紫外15nm)，与荧光探针的吸收光谱带宽匹配较好，使用简单的滤光片单色器即可。然而，深紫外LED带来的问题是波长越短，瑞利散射越强。另外，15种多环芳烃的荧光光谱范围非常宽(330-490nm)，如何同时对其检测而又得到较高的检测信噪比，都是难点，也是关键技术问题。

发明内容

针对上述技术难题，并结合近年来技术发展，本发明提出采用深紫外LED替代脉冲氙灯为激发光源，激发15种多环芳烃发出荧光，寿命更长、稳定性更好、体积更小、功耗更低；采用自研制的光电二极管集成放大电路组件替代进口PMT为探测器，更稳定、可靠，成本更低，且抗强光照射和电磁干扰；增加有色吸收玻璃对深紫外LED的杂散光进行强吸收，对320-600nm波段高透过，吸收-带通组合滤光可进一步提高检测信噪比；采用330-490nm超宽光谱发射滤光技术，覆盖15种多环芳烃的发射光谱，无需调节波长，即可同时高灵敏检测15种PAHs；增设小孔光阑限束，降低因超宽发射光谱导致的高背景杂散光，提高检测信噪比。

另外，虽然本发明与现有的LED诱导荧光检测器(LED-IF)在结构上看起来大同小异，但实际上有本质区别，尤其是针对超宽发射光谱增设有色吸收玻璃及小孔光阑限束提高信噪比设计，是针对同时检测15种多环芳烃的荧光仪微型化进行的独到的设计。