一种双操作模式的荧光分光光度计

A Double Beam Spectrofluorometer with Two Operating Modes

FANG Zhaolu, CHENG Lizhi

(Institute of Microwave, East China Normal University, Shanghai 20006 2, China)

　　Key words: spectrofluorometer; MCU; mode

1仪器的基本工作原理
　　物质在吸收光之后发射出波长较长的荧光。当光源辐射出的光束经滤光片后照射到样品池上，样品中的荧光物质吸收激发光后发生能量跃迁而发射荧光。荧光由大孔径非球面镜的聚光及光栅的分光色散后，照射于光电倍增管上，由光电倍增管将光信号转换成电信号，电信号经放大和AD采样后进行相关的计算即可获取物质的荧光度。
　　所测得的荧光相对强度与荧光物质的本质(吸光能力、荧光效率)、荧光物质的浓度、入射光强度以及检测器的放大倍数有关，上述关系可用下式表示：
　　　F=KIΦA
　　式中：F——荧光相对强度；K——与仪器增益(检测效率)有关的常数；I——激发光强度；Φ——荧光物质的荧光效率；A——荧光物质的吸收光度。
　　当仪器的有关参数选定，且被测物质和介质条件确定后，所测定的荧光相对强度仅与荧光物质的吸收光度A成正比，因而可进行定性测试。对于不同的荧光物质具有不同的荧光光谱，只要进行发射光谱扫描，即可得到被测物质的荧光光谱特性。?

　　本文所介绍的荧光分光光度计主要有以下几部分组成：主机，上位机，测控单元，外围控制单元，打印及显示单元。整机的系统框图如图1所示。
　　(1)主机以8051单片机作为主控单元，完成串行口和外部中断的响应、对外围器件的控制、AD采样、显示和打印以及对采样数据的处理等。
　　(2)上位机是Pentium工作站，在CRT工作模式下通过RS232串行口向51单片机发送命令，51单片机接收命令后进行相应的操作并将结果返回给上位机，上位机对接收到的数据进行处理后进行显示和打印。
　　(3)测控单元是本仪器的主要部分，完成待测物质的荧光激发、光电转换以及电信号的放大采样。它主要由光源、干涉滤光片、样品室、发射单色仪、光电倍增管、放大和AD采样电路组成。光源采用150W大功率汞灯，激发能量强；干涉滤光片有254nm、313nm、405nm、436nm和546nm等几个波长可供选择，对光源发射的光谱进行初次滤波，只让某一波长的光通过；样品室用来放置被测物质：发射单色仪采用1200L/mm凹面光栅和大孔镜球面反射镜，灵敏度特别高，用来对物质受光照后发射的荧光分光；光电检测器采用高性能的光电倍增管，可获得最佳信号噪声比；光电倍增管输出的电信号经过两级运放LF353放大后送到12位模数转换器AD574进行采样，达到较高的精度。测控单元框图如图2所示。

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　　(5)打印和显示单元包括Panasonic KX?P1121针式打印机、10个用于显示数据的LED和10个用于标识当前状态的发光二极管。?

　　本仪器的软件主要包括上位机软件和5l单片机软件两部分。其中上位机软件是在Visual Basic 6.0环境下，利用其MSCOMM控件，实现与单片机之间的RS232串口通信、数据处理、图形显示以及打印机控制等，本文对此不作详细介绍。51单片机软件是软件设计的主要任务，主要实现串行口和外部键盘中断的响应、对外围器件的控制、AD采样、对采样数据的处理、显示和打印等。单片机软件在KEIL uVision2环境下用C51语言设计实现。为了区别不同的操作模式和外部键盘命令，在软件中设置于一些标识位。在主程序里根据不同的键盘编码设置相应的标志位并进行相关的操作。
　　整个软件由中断服务子程序和系统主程序组成。中断服务子程序包括串行口中断服务子程序和外部中断0服务子程序，其中串行口中断服务子程序将读到的命令存入串行口命令缓冲区，外部中断0服务子程序完成对键盘编码的扫描。系统主程序流程图如图3所示，主要包括开机自检、系统初始化、CRT模式对串口中断命令的响应以及MC模式下对外部键盘中断命令的响应等。
　　(1)开机自检包括转动步进电机计算起始波长到终止波长之间的步数，算出1nm对应的电机步数，并对仪器的性能进行检查，判断故障原因并进行报错。需要判断的器件包括外部RAM、控制光栅变化的步进电机、控制光门的继电器、用来定位的光电耦合器、AD574等。如果有故障出现，通过LED显示错误序号进行报错。
　　(2)自检通过后系统将进行初始化，包括系统变量和各标识位的初始化、光电倍增管灵敏度的初始设置、定时器和串口波特率的设定、打开外部中断并将工作状态设置为默认的工作模式：MC模式。
　　(3)系统初始化完成后软件循环判断操作模式的标志位，若为CRT模式则读取串行口命令缓冲区里面的指令，并进行相应的操作，最后将操作结果发送给上位机；若为MC模式，则读取键盘编码，并根据标识位判断键盘命令进行相应的操作。

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　　仪器上电后将首先进行自检，如果有故障则需根据故障序号进行排除，故障排除后重新上电自检。自检通过后进入默认的MC模式，如果想进入CRT模式，则按键盘上的模式键即可。在CRT模式下用户可通过工控机上已安装好的软件进行测量，观察测量结果并可保存结果或将结果打印输出。该软件界面友好，简单易学，测量结果直观。在CRT模式下按模式键将回到MC模式。在MC模式下，用户通过键盘输入数据或命令控制机器进行相应的操作，测量结果通过LED显示并可进行打印输出。在实际使用中，用户可根据需求选择不同的模式并可方便的在不同的模式之间进行切换。
　　这种可工作于双操作模式的荧光分光光度计可用于多种领域，具有良好的市场前景。