便携式小型分光光度计研究

摘要

分光光度计是化学分析实验室中常用的分析仪器之一。近年来，随着现场在线检测技术的发展，社会对分光光度计的需求日趋增加的同时也对其性能提出了新的要求。论文在对传统分光光度计相关理论及其设计结构进行研究的基础之上，结合电子学、光学、机械学的相关知识和智能设备终端的运用，设计出新型的便携式小型分光光度计，实现了对特定未知浓度溶液进行在线、实时测量的需求。 论文在针对分光光度计发展现状概述的基础之上。指出了研制便携式、小型化、低成本分光光度计的重要性和必要性，对分光光度计相关的检测理论、工作原理和组成结构进行了研究，重点探究出光强损耗对系统测量分辨率的影响，提出了一种提高分光光度法测量分辨率的方法，并通过相关实验验证了方法的可行性和正确性。该方法的提出，为提高分光光度计测量分辨率提供一定的理论依据，为后续设计高质量的便携式小型分光光度计奠定了基础。 系统由上位机和下位机两部分组成，采用上位机控制、下位机执行的方式完成对未知浓度溶液的测量。根据实际测量环境的不同，系统可选用计算机或智能设备终端作为系统的上位机。基于Labview软件平台的人机交互应用程序实现了数据的采集和处理、在线实时显示工作曲线、存储测量结果等功能；基于Android系统的智能终端设备APP软件平台则使系统具备了野外在线检测的功能。下位机系统以STM32微处理器为核心，外围电路主要包括光源选择系统、数据采集系统和数据通信系统。光源选择系统用于给不同实验提供不同光源，使系统功能更具多样化。数据采集系统对数据进行准确提取之后即可通过USB总线或蓝牙无线通信模块分别将数据传输至计算机或智能终端设备。系统还设计有CAN总线接口，该接口使系统能方便的与其它自主研制的系统建立联系，实现系统间的总线通信和设备管理。 论文对系统进行了软硬件调试和整体性能测试并与现有商用仪器进行对比实验。通过实验室测量和相关实验表明，系统实现了对特定未知浓度溶液的高精度测量，为实现便携式小型化分光光度计的开发和应用，提供了一套完整的软硬件一体化解决方案，具有广泛的应用前景。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 分光光度计发展历程与研究现状

§1.3 分光光度法相关检测技术概况

§1.4 论文的研究意义和论文结构

第二章 传统分光光度计介绍

§2.1 分光光度法相关理论

§2.2 传统分光光度计工作原理及其组成结构

§2.3 本章小结

第三章分光光度法测量分辨率的相关理论与探究

§3.1 光强损耗对分光光度法相关检测技术的影响

§3.2 引起光强损耗的因素

§3.3 减少系统光强损耗的相关方法

§3.4 实验验证

§3.5 本章小结

第四章 系统硬件设计

§4.1 系统总体设计

§4.2 机械结构设计

§4.3 光学系统设计

§4.4 数据采集系统电路设计

§4.5 滤波电路设计

§4.6 通信接口模块设计

§4.7 系统其它相关电路设计

§4.8 本章小结

第五章 系统软件设计

§5.1 上位机软件部分设计

§5.2 下位机软件部分设计

§5.3 本章小结

第六章 系统调试和性能测试

§6.1 系统硬件性能测试

§6.2 系统软件调试

§6.3 系统性能测试

§6.4 本章小结

第七章 总结与展望

§7.1 总结

§7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果