基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置及方法與流程

2023-10-11 21:14:49 2

本發明屬於光譜檢測技術領域，具體涉及一種基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置及方法。

背景技術：

吸收光譜檢測技術是基於物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，在化學、食品安全、臨床分析及環境檢測等領域發揮了重要作用。提高吸收光譜檢測技術的靈敏度已成為研究的熱點。由於溶液的吸光度A和吸收光程b正相關，因此可以通過增大液層厚度而增大吸收光程。目前增大吸收光程有兩種方式：一是增加絕對光程，即選擇長光程的比色皿，如將1cm改為2cm，這種改變易受儀器空間限制；二是增大相對光程，利用高反射率的鏡面構建光學諧振腔，通過光在諧振腔中的多次鏡面反射增加有效光程，或者在球體腔內壁塗敷漫反射材料，利用光在球體腔內多次無規則漫反射增加有效光程，或者向溶液中投入某種物質，如聚苯乙烯微球，利用聚苯乙烯微球對光的多次散射，進而實現增加相對光程。

但是，上述的檢測技術仍然存在一些問題：如構建光學諧振腔和球體腔成本高、結構複雜，對光學信號的放大呈現非線性放大的特徵，不利於分析應用。加之球體腔僅適用於對氣體檢測，尚無法用於液體檢測；利用聚苯乙烯微球對光的多次散射增加相對光程放大程度十分有限，檢測靈敏度依舊較低。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術所存在的不足，本發明提供了一種選用具有高反射率內壁的Teflon吸收管作為吸收池，通過改變Teflon吸收管的彎曲程度達到多次有序反射的目的，增加相對光程，實現線性放大吸收光譜提高檢測靈敏度的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置。

本發明還提供了一種用上述基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置實現線性放大吸收光譜檢測的方法，其靈敏度高、檢測結果準確。

本發明所採用的技術方案是：

該基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置，包括光源，以及與光源相對、用於接收光源發出光輻射的光電傳感器，光電傳感器的輸出端通過導線與信號採集器連接，信號採集器與計算機通過數據線連接；光源與光電傳感器間通過光纖連接有可對光源的光信號發生多次有序全反射的Teflon吸收管，Teflon吸收管的兩端側壁上分別加工有與進樣器連通的進液口和與排液管連通的排液口；在光源與電源之間串聯連接有一個可調電阻。

上述Teflon吸收管整體彎曲呈圓弧形，使光輻射在管內有序全反射形成波紋形反射路徑，Teflon吸收管的圓心角在10～60°之間。

上述Teflon吸收管的內表面光滑，反射率高於99％。

一種利用上述的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置實現的線性放大吸收光譜檢測方法，其是由以下步驟組成：

(1)開啟電源，調節其電壓為5.0V,斷開連有光源的支路電路，測定得到裝置的暗電壓Ud；

(2)接通連有光源的支路電路，用進樣器向Teflon吸收管中注滿蒸餾水，開啟電源，調節其電壓為5.0V，光源發出的光輻射進入Teflon吸收管內，經Teflon吸收管的管壁多次有序全反射並在Teflon吸收管內形成波紋形光路，一部分被填充在Teflon吸收管內的蒸餾水吸收，另一部分經光纖傳輸到光電傳感器，經信號採集器轉換後傳輸給計算機，得到空白電壓值Ub；

(3)接通連有光源的支路電路，向Teflon吸收管中分別注一系列已知濃度的標準溶液，開啟電源，調節其電壓為5.0V，按照步驟(2)的操作，得到一系列標準溶液的電壓值Uci，i為標準溶液的個數，根據吸光度的計算公式：

A i = - lg U c i - U d U b - U d ]]>

得到系列標準溶液的吸光度Ai，以標準溶液的濃度為X軸和對應的吸光度Ai為Y軸，繪製濃度-吸光度標準曲線；

(4)接通連有光源的支路電路，向Teflon吸收管中注滿待測溶液，開啟電源，調節其電壓為5.0V，按照步驟(2)的操作，得到待測電壓值Ux；

(5)利用步驟(3)的吸光度公式和步驟(4)的待測電壓值Ux，計算出待測溶液的吸光度Ax，將待測溶液的吸光度Ax代入步驟(3)的濃度-吸光度標準曲線中，從而得到待測溶液的濃度。

上述光源發出的光輻射沿著Teflon吸收管管口中心線平行的方向進入Teflon吸收管內。

本發明的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置及方法，選用Teflon吸收管作為吸收池，利用Teflon吸收管管壁高反射率的性質，通過改變Teflon吸收管的彎曲程度達到光輻射多次有序全反射的目的，在Teflon吸收管內形成波紋形路徑，增加相對光程，有效提高了檢測靈敏度，增加了測量精度，再利用多元線性回歸方程計算出溶液的濃度，從而實現對有色溶液濃度的檢測，本發明可以採用普通LED光源即可，利用Teflon吸收管全反射實現線性放大，降低成本，整體體積小、簡便易於攜帶，而且檢測過程簡便快捷，結果準確可靠、重現性好。

附圖說明

圖1為實施例1的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置結構示意圖。

具體實施方式

現結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行進一步說明。

實施例1

由圖1可知，本實施例的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置是由電源10、光源1、入射光纖2、進樣器3、Teflon吸收管4、排液管5、輸出光纖6、光電傳感器7、信號採集器8、計算機9以及可調電阻11組合構成。

本實施例的電源10作為一個電源輸出系統，控制並調節使通電電位得以保持在設定的控制電位上，其通過導線與光源1連接，在光源1與電源之間還串聯連接有一個可調電阻11，可以通過調節可調電阻11的大小調節電流，保證電流不會過大以免燒毀光源1。光源1通過入射光纖2與Teflon吸收管4的光接收端連接，並將光信號通過入射光纖2傳導進入可盛放吸收液的Teflon吸收管4內，光信號經Teflon吸收管4內壁的多次有序全反射後部分被吸收液吸收，剩餘部分經安裝在Teflon吸收管4的光輸出端的輸出光纖6傳導輸出，輸出光纖6的另一端與光電傳感器7連接，該光電傳感器7通過導線與信號採集器8連接，經信號採集器8將所採集的光信號轉變為數位訊號，經數據線將其傳送給與之連接的計算機9進一步處理，即光電傳感器7經信號採集器8與計算機9連接。

本實施例的Teflon吸收管4管內徑為2mm，外徑為4mm，其內壁光滑，反射率高達99.5％，其整體彎曲成圓弧狀，圓心角為40°，使光輻射在管內能夠多次有序全反射，形成波紋形反射路徑。

用上述的基於Teflon吸收管的線性放大吸收光譜檢測裝置在線檢測甲基綠溶液濃度的方法由以下步驟組成：

1、配製檢測所需溶液

在檢測之前配製檢測所需的溶液：稱取0.0609g甲基綠溶於100mL水中，得到1×10-3mol/L的甲基綠溶液，稀釋後得到低濃度和極低濃度的甲基綠溶液。

2、用本發明的檢測方法檢測甲基綠溶液的濃度，具體由以下步驟組成：

(1)Teflon吸收管作不彎曲固定，做避光處理後，調節電源10的電壓，電壓控制5.0V以下，斷開連有光源的支路電路，平行測定三次暗電壓取平均值，得到裝置的暗電壓Ud；

(2)接通連有光源的支路電路，開啟進樣器3，向Teflon吸收管4中注滿蒸餾水，開啟電源10，設置電壓為5.0V，光源發出的光可沿著Teflon吸收管4管口中心線平行的方向進入Teflon吸收管4內經Teflon吸收管4的管壁多次有序全反射並在Teflon吸收管4內形成波紋形光路，一部分被填充在Teflon吸收管4內的蒸餾水吸收，另一部分經光纖傳輸到光電傳感器7，經信號採集器8，經信號採集器8轉換後傳輸給計算機9進一步處理，得到對照水樣的空白電壓值Ub；

(3)接通連有光源1的支路電路，向Teflon吸收管4中先後注濃度分別為0.01μmol/L、0.02μmol/L、0.05μmol/L、0.1μmol/L、0.2μmol/L、0.5μmol/L、0.8μmol/L、1.0μmol/L、2.0μmol/L、5.0μmol/L、8.0μmol/L的甲基綠標準溶液，開啟電源10，調節其電壓為5.0V，光源發出的光輻射進入Teflon吸收管4，經Teflon吸收管4的管壁多次有序全反射並在Teflon吸收管4內形成波紋形光路，一部分被填充在Teflon吸收管4內的甲基綠標準溶液吸收，另一部分經光纖傳輸到光電傳感器7，經信號採集器8轉換後傳輸給計算機9，分別得到各甲基綠標準溶液對應的電壓值Uci，i＝11，為標準溶液的個數，根據吸光度的計算公式：

A i = - lg U c i - U d U b - U d ]]>

得到該系列標準溶液的吸光度Ai，以標準溶液的濃度為X軸和對應的吸光度Ai為Y軸，繪製濃度-吸光度標準曲線；

(4)接通連有光源1的支路電路，向Teflon吸收管4中注滿待測甲基綠溶液，開啟電源10，調節其電壓為5.0V，按照步驟(2)的操作，得到待測甲基綠溶液對應的待測電壓值Ux；

(5)利用步驟(3)的吸光度公式和步驟(4)的待測電壓值Ux，計算出待測甲基綠溶液的吸光度Ax，將待測甲基綠溶液的吸光度Ax代入步驟(3)的濃度-吸光度標準曲線中，從而得到待測甲基綠溶液的濃度。

上述實施例中的Teflon吸收管4整體彎曲呈圓弧形，並且圓心角可以在10～60°之間靈活調整，使光輻射在管內有序全反射形成波紋形反射路徑即可，當Teflon吸收管4的彎曲程度變化時，需要適應性調整可調電阻的阻值大小，保證電流不會過大，以免燒毀光源1。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。