一種甲醛檢測的裝置與方法
2023-04-28 10:55:11 1
專利名稱：一種甲醛檢測的裝置與方法
技術領域：
本發明涉及光譜分析技術領域，特別涉及一種 甲醛檢測的裝置與方法。
背景技術：
甲醛(HCHO)在常溫下是一種無色，有刺激性氣味的氣體，易溶於水、醇和醚。甲醛對人的眼睛、呼吸系統、神經系統等均有強烈危害，長時間接觸會導致組織畸變並引起癌變，因此它是一種潛在的危險致癌物和重要的環境汙染物，對人體嚴重有害。很多裝潢材料，如膠合板、細木工板、泡沫塑料和油漆、以及某些化纖地毯、塗料都含有甲醛。所以剛剛裝修過的居室一般都會存在甲醛超標，這也是當下一個被人熱議的話題；另外還有一部分化妝品中也會含有甲醛成分。由於長時間處在甲醛過高的室內而引發病變的案例，近年來也屢有報導，尤其對於免疫力較弱的兒童來說，影響更為嚴重。總之在日常生活中，對環境中甲醛含量的控制是保證健康生活的關鍵之一。這也就使得人們在日常生活中或者工業生產中，需要對空氣中的甲醛含量進行實時的檢測。目前甲醛的國標檢測方法主要有化學法和儀器法兩大類。化學方法主要有酚試劑法、乙醯丙酮法、變色酸法、鹽酸副玫瑰苯胺法等。儀器法主要包括氣相色譜法、離子色譜法、示波極譜測定法等。這些方法擁有各自的優點，總體上都滿足確定度高，測量範圍廣的要求。但是這些方法均是屬於離線檢測，也就是將氣體樣品採集回實驗室後進行分析；所以按照上述方法進行檢測周期長、成本高、步驟繁瑣，不能在待檢測的現場直接進行，無法實時地反映室內空氣甲醛的汙染程度及滿足現場大批測點的監測需要。現有技術中還有一種利用光譜檢測系統檢測甲醛含量的方法。該系統是基於酚試劑分光度原理，得到甲醛分析液的光譜圖，以標準參考液的最大吸收強度為參比，求得甲醛濃度。這種利用光譜檢測的方法的優點是效率較高，能夠實現快速檢測這一要求。但是傳統的光譜分析技術需要化學試劑參與相應的反應之後，再進行檢測，同樣是只能將樣本採集後拿回到實驗室進行檢測。而且化學試劑本身對人體有害，並且該方法對周圍環境和測量條件的一致性的要求比較高，因此在實際的檢測應用有一定的局限性。因此快速準確的甲醛檢測裝置的開發是非常必要的。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種甲醛檢測裝置與方法，所述裝置與方法基於拉曼光譜原理，實現在線的實時實地快速檢測甲醛含量。為實現上述目的，本發明有以下技術方案一種甲醛檢測裝置，所述裝置包括採樣系統，用於採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本，並使甲醛溶液樣本在激發光源的激發下，產生拉曼散射光；光源，用於為甲醛溶液樣本的拉曼光譜測量提供光照，激發其發生拉曼散射；光譜儀，用於採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜，並將其光信號轉化成電信號；控制處理器，用於對所述裝置的其他部分發出指令，控制整個裝置的工作流程，並接收樣本拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。
所述採樣系統具體包括氣泵，用於抽取待測空氣樣本；樣品池，用於承裝去離子水，並使空氣樣本中的甲醛溶解於去離子水中，製成甲醛溶液樣本；採樣探頭，用於傳導光源產生的光線，使光線落在甲醛溶液樣本表面產生拉曼散射光；並將拉曼散射光收集後傳導至光譜儀。所述裝置還包括輸出顯示器，用於從控制處理器獲取甲醛濃度的測量結果並顯示。所述裝置還包括電源裝置，用於為所述裝置其他部分提供電能。一種甲醛濃度檢測方法，所述方法包括以下步驟採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本；利用光源對甲醛溶液樣本進行激發，產生拉曼散射光；採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜；對拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。所述將空氣樣本製成甲醛水溶液具體為氣泵抽取一定量的空氣樣本，通過相應的導管將空氣樣本與去離子水接觸,使空氣樣本中的甲醛完全溶解於去離子水中，得到甲醛溶液樣本。所述利用採樣系統獲得甲醛水溶液拉曼散射光具體為所述連續雷射器發出的光照經聚焦透鏡匯聚到甲醛溶液樣本的表面，使甲醛溶液樣本受激產生的拉曼散射光強最大。從而提高拉曼光譜的信噪比。所述方法還包括利用輸出顯示器顯示出測得的甲醛濃度。一種通過拉曼光譜定量分析計算甲醛濃度的方法，所述方法包括以下步驟對不同已知濃度的標準甲醛溶液進行拉曼光譜採集，得到相應的拉曼光譜；利用所述不同的標準甲醛溶液的濃度與其對應的拉曼光譜建立校正模型；對利用空氣樣本製成的甲醛溶液樣本採用與標準甲醛溶液相同的方法、儀器和參數設置進行拉曼光譜採集，得到待測樣本拉曼光譜；將待測樣本拉曼光譜代入校正模型，計算出甲醛溶液樣本的甲醛濃度。所述利用所述不同已知的甲醛溶液濃度與其對應的標準拉曼光譜建立校正模型具體為將各標準樣本的拉曼光譜進行降噪處理，並利用獨立主成分分析方法計算出降噪後的標準樣本的不攜帶背景和其他幹擾的純拉曼光譜信號的權重矩陣；利用已知的甲醛溶液濃度與所述權重矩陣建立校正模型。通過以上技術方案可知，本發明存在的有益效果是，該裝置的設計尤其是由氣泵和採樣系統結合的方式，將拉曼光譜定量分析技術應用於空氣中甲醛含量的在線檢測，將氣體測量轉化為液體測量，大大緩解了對探測器的影響，延長使用壽命。另外，基於拉曼光譜分析原理分析甲醛水溶液的拉曼散射光，無需藉助化學試劑，能夠實現實時實地的快速檢驗空氣中的甲醛含量。並且本發明在光譜分析當中採用獨立主成分分析法，排除了相關背景及其他信息的幹擾，避免了環境對測量結果的幹擾和局限，使得測量結果更加精準。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據
這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例所述甲醛檢測裝置結構示意圖；圖2為本發明另一實施例所述甲醛檢測裝置結構示意圖；圖3為本發明實施例所述甲醛檢測方法流程圖；圖4為本發明另一實施例所述甲醛檢測方法流程圖；圖5為本發明實施例所述通過拉曼光譜分析計算甲醛濃度的方法流程圖；圖6為本發明另一實施例所述通過拉曼光譜分析計算甲醛濃度的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。拉曼散射(Raman scattering)的定義是,光通過介質時由於入射光與分子運動相互作用而引起的頻率發生變化的散射，又稱拉曼效應。該頻率的變化位移只取決於分子自身的特點，而某確定頻移處的光散射強度與對應分子濃度成正比。拉曼光譜分析法是基於上述拉曼效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析得到分子振動、轉動方面信息，並可以應用於某些紅外吸收不是很明顯的物質的定量分析。本發明正是依據拉曼散射與拉曼光譜的分析來提供理論基礎，從而對甲醛溶液樣本進行光譜分析得到甲醛濃度。參照圖I所示，為本發明所述甲醛檢測裝置的具體實施例。本實施例中，所述裝置包括採樣系統，用於採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本，並使甲醛溶液樣本受到光源的激發，產生拉曼散射光；光源，用於為甲醛溶液樣本的拉曼光譜測量提供激發光照；光譜儀，將採集到的拉曼散射光分光並光電轉換，得到樣本的拉曼光譜；控制處理器，用於對所述裝置的其他部分發出指令，控制裝置其他部分的工作，並對接收到的樣本拉曼光譜進行分析，計算空氣樣本中的甲醛濃度。本實施例為本發明所述甲醛檢測裝置的基礎實施例。本實施例中所述裝置存在的有益效果是本實施例中利用拉曼散射效應進行光譜定量分析，無需藉助各種有毒害的化學試劑，也無需進行複雜的化學反應，所述採集空氣樣本和製作甲醛溶液樣本的步驟均可以實時實地完成，不再受到環境的局限，實現了在線的甲醛濃度檢測；所以本實施例所述裝置即具備光譜檢測高效的優點，又解決了傳統光譜檢測方法只能離線檢測，並且毒害嚴重的技術缺點。參照圖2所示，為本發明所述甲醛檢測裝置的另一個具體實施例。本實施例當中，所述裝置具體包括採樣系統，用於採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本，並使甲醛溶液樣本接受拉曼光譜測量，產生拉曼散射光；本實施例中所述採樣系統具體包括氣泵、導管、樣品池和採樣探頭四部分；氣泵，用於採集空氣樣本；也就是利用氣泵抽取待測空間內一定量的空氣作為樣本空氣。本實施例中選取的氣泵具體為膜片式氣泵DA60DC-TH，空氣的流量為12L/min。
導管，將氣泵抽取的空氣樣本輸送到樣品池。樣品池，用於承裝去離子水，並使空氣樣本中的甲醛溶解於去離子水中，製成甲醛溶液樣本；本實施例中將氣泵抽取的空氣樣本通過導管與樣品池中的去離子水相接觸，由於甲醛易溶於水，所以空氣樣本中的甲醛會自動溶解到去離子水中，由此製成甲醛溶液樣本。本實施例中選用去離子水的目的在於使甲醛更快速更完全的溶解。採樣探頭，用於傳導光源產生的光照，使光照落在甲醛溶液樣本表面產生拉曼散射光；並將拉曼散射光傳導至光譜儀；本實施例中採樣探頭通過光纖連接光源和光譜儀。採樣探頭從光源處傳導進行拉曼光譜測量需要的光線，使光線直接落在甲醛溶液樣本的表層。本實施例中為了使光線的能量集中，在採樣探頭的前端安裝了聚焦透鏡，並調整採樣探頭與溶液表面的距離，使光線的焦點剛好落在甲醛溶液樣本的表面上，由此增強拉曼散射強度，增加光譜的信噪比，便於後續的分析和計算。甲醛溶液樣本受到光源的激發產生拉曼散射光，採樣探頭收集該拉曼散射光並通過光纖將其傳導至光譜儀上。光源，用於為甲醛溶液樣本的產生拉曼散射效應提供激發源；本實施例中為了連續測量，所述光源具體選取了連續雷射器，雷射器的中心波長選定為785nm。雷射中心波長的選取需要與光譜儀的型號和功能相匹配，所以在其他具體環境下，也可以根據需要改變雷射的中心波長。但進行拉曼光譜測量所需的光源一般需要具備較高的能量和很好的單一性，所以一般首選為雷射。光譜儀，用於採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜；光譜儀的工作原理可以簡要的概括為，將採集到的拉曼散射光進行分光處理，並將光信號轉化成電信號，再通過後續的A/D轉化電路及信號放大電路，得到可輸出到後續系統的優質數位訊號。當然，本實施例中所述光譜儀屬於現階段常規的儀器設備，所以對於其製作樣本拉曼光譜的過程不再做出贅述。本實施例中選用的光譜儀型號為海洋光學的QE65000光譜儀，實際應用中也可以選擇其它可以與微處理器進行通訊的可攜式光譜儀。控制處理器，用於對所述裝置的其他部分發出指令，控制裝置其他部分的工作流程，並接收樣本拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。本實施例中，控制處理器在整體裝置中起到樞紐的作用。所述控制處理器對整個檢測流程起到控制作用，並且可以進行數據處理。控制處理器的控制作用方面，包括對於各裝置各組成部件之間工作狀態的指令，相互通訊的信號以及測量流程的控制管理；控制處理器上還設有輸入輸出接口與外圍輸入輸出設備連接，以實現接收用戶控制指令、輸出顯示測量結果等功能。在數據處理方面，控制處理器接收光譜儀生成的樣本拉曼光譜，對其進行預處理和濃度預測，最終得到待測的甲醛濃度。根據需要所述控制處理器中包括DSP晶片或中央處理單元。輸出顯示器，用於從控制處理器獲取甲醛濃度的測量結果並顯示；本實施例中增加了輸出顯示器，用於更加直觀的反應出控制處理器檢測的最終結果，所述輸出顯示器與控制處理器連接，可以獲取控制處理器計算的檢測結果並顯示。電源裝置，用於為所述裝置其他部分提供電能；電源裝置能夠將民用的220V交流電轉換成裝置各部分能夠直接使用的穩壓直流電；或者所述電源裝置也可以是滿足相應電壓電流等級的蓄電池。本實施例是所述甲醛檢測裝置的一個優選實施例。本實施例中對於各部分給出了更加具體的描述和說明，並且增加了一部分優選的技術特徵。本實施例在圖I所示實施例之上，進一步具備的有益效果是，本實施例中通過細化採樣探頭的設計，使拉曼散射光強度增大，光譜信噪比提高，從而得到的拉曼光譜質量更高，所以其檢測的結果也必然更加準確，本實施例中通過輸出顯示器直觀的呈現出檢測結果，能夠提高使用者的體驗感受。總體來說本實施例中技術方案更加完整，功能更加完善。
參照圖3所示，為本發明所述甲醛檢測方法的具體實施例。所述方法包括以下步驟步驟301、採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本；步驟302、利用光源對甲醛溶液樣本進行拉曼散射激發，產生拉曼散射光；步驟303、採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜；步驟304、對拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。本實施例為所述方法的一個基礎實施例，其實質性技術特徵對應圖I所示的裝置實施例。所以本實施例中所述方法存在的有益效果是本實施例中利用拉曼散射效應進行物質定量分析，無需藉助各種有毒害的化學試劑，也無需進行複雜的化學反應，所述採集空氣樣本和製作甲醛溶液樣本的步驟均可以實時實地完成，不再受到環境的局限，實現了在線的甲醛濃度檢測；所以本實施例所述方法即具備光譜檢測高效的優點，又解決了傳統光譜檢測方法只能離線檢測，並且毒害嚴重的技術缺點。參照圖4所示，為本發明所述方法的另一個具體實施例。本實施例中所述方法包括以下步驟步驟401、開啟電源，啟動氣泵，利用氣泵抽取待測空間內一定量的空氣作為空氣樣本；步驟402、在樣品池中注入去離子水，將空氣樣本與去離子水相接觸，使空氣樣本中的甲醛完全溶解於去離子水中，製成甲醛溶液樣本；本實施例中選用去離子水的目的在於使甲醛更快速更完全的溶解。步驟403、光源的發出連續雷射，經過光纖傳導至採樣探頭，通過採樣探頭前端的聚焦透鏡聚焦後，落在甲醛溶液樣本的表面上，激發甲醛溶液樣本產生拉曼散射光；步驟404、採樣探頭採集生成的拉曼散射光，通過光纖傳導至光譜儀；
步驟405、光譜儀將採集到的拉曼散射光進行分光處理，並將光信號轉化成電信號，再通過後續的A/D轉化電路及信號放大電路，生成樣本拉曼光譜；步驟406、光譜儀將樣本拉曼光譜發送至控制處理器，由控制處理器對拉曼光譜進行預處理和光譜分析，計算得到樣本空氣中的甲醛濃度。需要說明的是，本實施例中控制處理器通過光譜分析所直接得到的甲醛濃度是甲醛溶液樣本的甲醛濃度，最終還需要將甲醛溶液樣本的甲醛濃度換算成為樣本空氣中的甲醛濃度；利用甲醛溶液樣本的甲醛濃度可以計算得到甲醛溶液樣本中的甲醛含量，在將此甲醛含量與樣本空氣的量求比值，即可得出樣本空氣的甲醛濃度。所述甲醛含量、樣本空氣的量，在物理單位上可以選取質量、常溫常壓下的體積或者摩爾量；二者的比值也可以是質量比、體積比或摩爾比。本實施例所述方法實質上與圖2所示裝置實施例相對應。並且本實施例在圖3所示方法實施例的基礎之上，給出了更加具體的描述和說明，並且增加了一部分優選的技術特徵。所以本實施例除了具備圖3所示實施例當中的有益效果之外，其進一步獲得的有益效果是本實施例中通過細化採樣探頭的設計，使拉曼散射光強度增大，光譜信噪比提高，從而得到的拉曼光譜質量更高，本實施例中通過輸出顯示器直觀的呈現出檢測結果，能夠提聞使用者的體驗感受。總體來說本實施例中技術方案更加完整，功能更加完善。在圖I-圖4所示的4個實施例當中，都是利用控制處理器對樣本拉曼光譜進行光譜分析，並獲得甲醛濃度的數值。本發明中在進行所述光譜分析時需要提前建立校正模型，並將校正模型存儲在控制處理器內，然後才可以將待測樣本拉曼光譜帶入到校正模型當中。所以參照圖5所示，本發明特別公開了一種通過拉曼光譜分析計算甲醛濃度的方法，以下為該方法的具體實施例本實施例中，所述方法的主要思路可以解釋為先配製多種不同濃度的甲醛溶液作為標準甲醛溶液，標準甲醛溶液的濃度即為已知。根據同一光源激發不同濃度的甲醛溶液，得到的拉曼光譜在特徵峰處光強與甲醛濃度成正比的基本原理，先對不同濃度的標準甲醛溶液進行拉曼光譜測量，獲得不同濃度下的標準拉曼光譜。這也就可以確定甲醛溶液某些濃度下的光譜特徵，再利用這些濃度與對應的光譜特徵(峰強度或峰面積)之間的關係建立校正模型。對於未知濃度的甲醛溶液，只需要將其光譜代入校正模型中，即可計算出該甲醛溶液的濃度。本實施例中所述方法包括以下步驟步驟501、對不同已知濃度的標準甲醛溶液進行拉曼光譜測量，得到相應的標準拉曼光譜；步驟502、利用所述不同的標準甲醛的溶液濃度與其對應的標準拉曼光譜特徵建立校正模型；步驟503、對利用空氣樣本製成的甲醛溶液樣本進行拉曼光譜測量，得到待測樣本拉曼光譜；步驟504、將待測樣本拉曼光譜特徵代入校正模型，計算出甲醛溶液樣本的甲醛濃度。本實施例中，對於建立校正模型的方法做出如下具體的說明對常規的拉曼光譜分析而言，所述的建模過程可以應用常用的化學計量學方法來、實現。所述常規化學計量學方法為本領域內的公知方法，在此不對其原理進行多餘的描述。拉曼光譜定量分析方法比較適合於水溶液的定量分析，因為它可以避開水分的影響。傳統的拉曼光譜定量分析方法利用拉曼散射峰的位置、峰強或者峰面積結合相關的濃度參數建立校正模型，但比較容易受到測量條件和環境的影響，所以其缺陷是模型的精確度不夠理想。如果想要提高精確度，樣品池的背景扣除在必不可少的一部分，而去除背景要藉助實體裝置上的改良，這為裝置和儀器的設計提出了非常高的要求。本實施例中又在此基礎上引進了獨立主成分分析法進行光譜分析和建模。利用獨立主成分建模的步驟如下步驟521、將標準拉曼光譜進行去噪處理；本實施例中所述去噪處理採用窗口平滑法進行；步驟522、利用獨立主成分分析法對去噪後的標準拉曼光譜進行處理，根據乙醇的特徵散射波長信息，去除樣品池散射造成的背景，得到甲醛分子散射純譜信息的權重矩 陣；所述獨立主成分分析法是上個世紀90年代提出的一種盲源信號分離的方法，後來在各種特徵提取、醫學識別等方面取得了很好的應用效果。本實施例將其應用在拉曼光譜的定量分析當中，對該算法本身的並沒有實質上的改變。僅對於獨立主成分分析法在本發明可達到的效果進行解釋，對去噪後的拉曼光譜進行獨立主成分分析，通過相應的計算可以得到一個純譜矩陣和一個與物質濃度相關的權重矩陣，通過甲醛的拉曼散射特徵的先驗信息，只選取甲醛散射純譜對應的權重矩陣，這樣實際上背景以及噪聲帶來的種種幹擾都會包含在未被選的部分當中，所以最後利用權重矩陣與濃度建立模型可以消除幹擾信息的影響。由此可見，該算法應用在本實施例中，可以排除測量環境和測量背景對於測量結果的影響。利用所述獨立主成分建模不再需要去除樣品池的背景，實現了在不改變儀器和裝置的情況下，提高模型的精確度。步驟523、利用所述權重矩陣與其對應的標準甲醛溶液濃度建立校正模型；所述校正模型屬於多元線性回歸模型；所述建立校正模型可以採用的數學方法主要有多元線性回歸方法(MultipleLinear Regression,MLR)、偏最小二乘回歸法(Partial Least Square, PLS)或者最小二乘支持向量機回歸法(Least Square Support Vector Regression, SVR)。本實施例中米用了偏最小二乘回歸法，所述偏最小二乘回歸法是化學計量學領域中最常見的建模方法，是本領域技術人員所公知，在此僅給出簡單的說明偏最小二乘回歸是通過提取潛變量的方式，降維的同時，將潛變量與目標濃度之間擬合出一條直線，使之在坐標系上與已知數據之間的距離的平方和最小。將所述權重矩陣與其對應的標準甲醛溶液濃度通過偏最小二乘回歸的方式建模，得出的校正模型屬於多元線性回歸模型。該校正模型排除了背景因素的影響和幹擾，其精確度相對於傳統的利用拉曼定量分析法建立的數學模型精確度有明顯的提聞。以下實施例中，完整的給出了以上光譜分析過程，參照圖6所示步驟601、對不同已知濃度的標準甲醛溶液進行拉曼光譜測量，得到相應的標準拉曼光譜；步驟602、將標準拉曼光譜進行去噪處理；
步驟603、利用獨立主成分分析法對去噪後的標準拉曼光譜進行分析，得到待測樣本甲醛的散射純譜信息的權重矩陣；步驟604、將所述權重矩陣與其對應的標準甲醛溶液濃度通過偏最小二乘回歸方法建立校正模型；步驟605、對利用空氣樣本製成的甲醛溶液樣本進行拉曼光譜測量，得到樣本拉曼光譜；步驟606、對應標準拉曼光譜的去噪方法，選定 相同的去噪參數，對樣本拉曼光譜進行去噪處理；本實施例中，樣本拉曼光譜與標準拉曼光譜的去噪過程需要在效果上保持一致，所以去噪過程中涉及到的方法和參數二者必須相同。步驟607、對應標準拉曼光譜的獨立主成分分析方法得到相關參數，採用相同的參數對去噪後的樣本拉曼光譜進行獨立主成分分析，得到待測樣本對應的權重矩陣；同上,本實施例中樣本拉曼光譜的獨立主成分分析也需要與標準拉曼光譜保持一致性，所以該過程中涉及的參數二者同樣需要選取相同的值。步驟608、將待測樣本的權重矩陣代入步驟604中建立的校正模型，得出甲醛溶液樣本的濃度；所述校正模型即反映了權重矩陣與濃度之間的關係，所以將未知樣本對應的權重矩陣代入該模型，得出的結果即反映了其濃度。步驟609、將甲醛溶液樣本的濃度換算成空氣樣本中的甲醛濃度。利用甲醛溶液樣本的甲醛濃度可以計算得到甲醛溶液樣本中的甲醛含量，然後將甲醛含量與樣本空氣的量求比值，即可得出樣本空氣的甲醛濃度，該計算過程屬於常規數學算法。所述甲醛含量、樣本空氣的量，在物理單位上可以選取質量、常溫常壓下的體積或者摩爾量；二者的比值也可以是質量比、體積比或摩爾比。圖5與圖6所示的兩個實施例，詳細的公開了對樣本空氣拉曼光譜進行分析並檢測得到甲醛濃度的方法。上述兩個實施例存在的有益效果是，具體的實現了對於甲醛濃度的檢測。而在光譜分析的建模過程中，可以採用常規拉曼定量分析法或獨立主成分分析法。圖6所示實施例中採用了獨立主成分分析法，其有益效果是排除了背景對於校正模型的幹擾，提高了校正模型的精確度。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種甲醛檢測裝置，其特徵在於，所述裝置包括 採樣系統，用於採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本，並使甲醛溶液樣本在激發光源的激發下，產生拉曼散射光； 光源，用於為甲醛溶液樣本的拉曼光譜測量提供光照，激發其發生拉曼散射； 光譜儀，用於採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜，並將其光信號轉化成電信號； 控制處理器，用於對所述裝置的其他部分發出指令，控制整個裝置的工作流程，並接收樣本拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。
2.根據權利要求I所述裝置，其特徵在於，所述採樣系統具體包括 氣泵，用於抽取待測空氣樣本； 樣品池，用於承裝去離子水，並使空氣樣本中的甲醛溶解於去離子水中，製成甲醛溶液樣本； 採樣探頭，用於傳導光源產生的光線，使光線落在甲醛溶液樣本表面產生拉曼散射光；並將拉曼散射光收集後傳導至光譜儀。
3.根據權利要求I或2所述裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 輸出顯示器，用於從控制處理器獲取甲醛濃度的測量結果並顯示。
4.根據權利要求I或2所述裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 電源裝置，用於為所述裝置其他部分提供電能。
5.一種甲醛濃度檢測方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本； 利用光源對甲醛溶液樣本進行激發，產生拉曼散射光； 採集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成樣本拉曼光譜； 對拉曼光譜進行分析，測得空氣樣本中的甲醛濃度。
6.根據權利要求5所述方法，其特徵在於，所述將空氣樣本製成甲醛水溶液具體為 氣泵抽取一定量的空氣樣本，通過相應的導管將空氣樣本與去離子水接觸，使空氣樣本中的甲醛完全溶解於去離子水中，得到甲醛溶液樣本。
7.根據權利要求5所述方法，其特徵在於，所述利用採樣系統獲得甲醛水溶液拉曼散射光具體為 所述連續雷射器發出的光照經聚焦透鏡匯聚到甲醛溶液樣本的表面，使甲醛溶液樣本受激產生的拉曼散射光強最大。從而提高拉曼光譜的信噪比。
8.根據權利要求5-7任意一項所述方法，其特徵在於，所述方法還包括 利用輸出顯示器顯示出測得的甲醛濃度。
9.一種通過拉曼光譜定量分析計算甲醛濃度的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 對不同已知濃度的標準甲醛溶液進行拉曼光譜採集，得到相應的拉曼光譜； 利用所述不同的標準甲醛溶液的濃度與其對應的拉曼光譜建立校正模型； 對利用空氣樣本製成的甲醛溶液樣本採用與標準甲醛溶液相同的方法、儀器和參數設置進行拉曼光譜採集，得到待測樣本拉曼光譜； 將待測樣本拉曼光譜代入校正模型，計算出甲醛溶液樣本的甲醛濃度。
10.根據權利要求9所述方法，其特徵在於，所述利用所述不同已知的甲醛溶液濃度與其對應的標準拉曼光譜建立校正模型具體為 將各標準樣本的拉曼光譜進行降噪處理，並利用獨立主成分分析方法計算出降噪後的標準樣本的不攜帶背景和其他幹擾的純拉曼光譜信號的權重矩陣； 利用已知的甲醛溶液濃度與所述權重矩陣建立校正模型。
全文摘要
本發明實施例提供一種甲醛檢測的裝置與方法，所述裝置包括採樣系統，用於採集待檢測的空氣樣本，將空氣樣本製成甲醛溶液樣本，並使甲醛溶液樣本接受光源激發，產生拉曼散射光；光源，用於為甲醛溶液樣本的拉曼光譜測量提供光照；光譜儀，用於對拉曼散射混合光進行分光，生成樣本拉曼光譜，並將光信號轉化成可計算的電信號；控制處理器，用於對所述裝置的其他部分發出指令，控制裝置其他部分的工作，並對獲得的樣本拉曼光譜進行處理，測得空氣樣本中的甲醛濃度。
文檔編號G01N1/28GK102749318SQ20121025149
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者關旭春, 崔厚欣, 張倩暄 申請人:北京雪迪龍科技股份有限公司