第35卷，第8期 2015年8月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35 ,No. 8 -pp2357-2361
August，2015
面向生物过程的在线式傅里叶变换红外光谱仪
谢非，吴琼水，曾立波武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079
摘要针对生物过程反应底物含量的实时测量，设计了一种在线式傅里叶变换红外光谱仪及衰减全反射（attenuatedtotalreflectance，ATR）探头。（1）光谱仪采用双立体角镜和平面镜相组合的方法，设计了一种高性能于涉仪系统：采用了光路折叠方式，使于涉仪结构紧：采用了双立体角镜，大大减少了动镜运动过程中存在的旋转、倾斜等因素影响；采用平行四边形摆动柔性支撑装置来支撑动镜，使动镜移动时无摩擦，无抖动，运行平稳；采用ZnSe分束器，使仪器抗潮湿性能大大增强；采用分束器60°光人射方式，提高了光通量。（2）该工作设计的一种结构简单、光通量大、经济实用的ATR原位测量探头：人射光和出射光的传输均利用了大口径内镀中红外高反膜光导管作为ATR探头的红外光传输介质，从而大大降低红外光在光导管内壁多次反射后的能量损失，使得ATR探头具有高光通量，提高了信号强度，使信号的检出更加容易。最后采用灵敏度高的MCT(碲镉汞)检测器实现红外干涉信号的收集，使得检测效果更好。实验结果表明，系统具有防潮性能出色，光通量大，在线测量等优点。所设计在线式傅里叶红外光谱仪，能够较好的完成生物反应器内甘油等常见反应物底物的实时测量，在生物在线分析、化学物质检测、材料分析学等诸多领域具有较好的应用前景。
关键词生物过程；傅里叶变换红外光谱仪；ATR探头；在线监测
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )08-2357-05
蓝测需求越来越产，在线红外光谱仪的需求越来越多。在国家十二五科技支撑计划项目的资助下，根据生物医药、生物能源、环境生物治理等生物过程开发的需要，结合科学仪器
微生物发酵过程中的底物量是生物过程中十分关键的参数，其测量方法主要有离线和在线测定两个类型"，常见的离线测定方法主要是根据每种物质对应不同的测定方法，但是这些离线测定的方法耗费时间和人力，容易受人为测量的误差所影响，不能够反映出真实、快速、准确的底物浓度，进而不能成为与其他生物过程的相关参数进行分析的可靠数据。而底物浓度的实时在线测量更是一个相当重要的关键性步骤。近些年来，底物浓度在线测定的方法在不断发展，其中发展最为迅速的主要是近红外光谱法和中红外光谱法等[2.3]。尤其是以干涉图为基础的第三代傅里叶变换红外光谱仪（FTIR)的出现，经过傅里叶变换获得光谱图，大大的拓宽了红外的应用领域，使得红外技术的发展产生广质的飞跃。
自前，随者生物产业高科技的发展和国际医药生物产业质量管理标准的严格建立，对生物过程进行底物浓度的在线收稿日期：2014-07-16，修订日期：2014-10-25
基金项目：国家科技支撑计划课题(2011BAF02B02)资助
作者简介：谢非，1990年生，武汉大学电子信息学院硕士研究生
的最近进展，设计一种面向生物过程的在线式傅里叶红外光谱仪，并研制出与生物过程应用相配套的在线监测ATR探头。
傅单叶变换红外光谱仪结构设计
傅里叶变换红外光谱仪最核心的技术是迈克尔干涉仪以及准直系统，采用双立体角镜和平面镜相组合的方法设计了一种高性能干涉仪系统。采用了光路折叠方式，使干涉仪结构紧凑。采用了双立体角镜，大大减少了动镜运动过程中存在的旋转、倾斜等因素影响。采用平行四边形摆动柔性支撑装置来支撑动镜，使动镜移动时无摩擦，运行平稳，无抖动。采用ZnSe分束器，使仪器抗潮湿性能大大增强。采用分束器60°光人射方式，提高了光通量
在线式傅里叶变换红外光谱仪整体结构设计如图1所
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