等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置与方法

摘要

本发明公开了一种等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置，该测量装置包括样品池、光源和出射光检测器，所述样品池是一个横截面为等腰直角形的样品池，所述光源的入射位置和出射光检测器的位置均是可移动的，由所述样品池、光源和出射光检测器形成的光路是变化的。同时，本发明还公开了一种等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量方法，通过对所述光源的入射位置和出射光检测器的位置进行水平方向和/或竖直方向的移动，通过光源、出射光检测器与所述样品池相对位置的改变形成光路的变化，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，从而获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息。本发明可使被检测物质组分含量分析精度提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱分析系统，尤其是涉及一种用于浑浊散射物质成分分析的等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置与方法。

背景技术

光谱分析是研究物质结构的重要手段之一，主要包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、紫外可见吸收光谱、近红外光谱，以及各种动态光谱与其它手段的相互结合。其中，近红外光谱以其速度快、不破坏样品、操作简单、稳定性好、效率高等特点，已广泛应用于各个领域。由于光学、计算机数据处理技术、化学光度理论和方法等各种科学技术的不断发展，光谱分析方法已应用在制药、烟草、食品、聚合物、纺织品、油漆涂料、煤炭和石油工业等领域，测定的成分也越来越多，测量精度也越来越高。

多光程长光谱测量方法把物质散射造成的非线性引入，利用不同光程长的样本的等效吸收系数不同，不同光程长测得的光谱互不相关的光谱非线性特性，理论上使用多光程长光谱同时参与建模可以提供更多样本成分含量的信息，能够比单一光程长光谱建模得到更优的模型性能。

常规的光谱分析中，主要存在以下三个方面的问题：

1、应用光谱方法检测微量成分时，光程长的选择非常重要。根据不同成分分析的需要，往往要采用不同的光程长。为实现对样品不同光程长光谱的检测，传统上光谱仪需要配备多种光程长样品池。

2、在使用现有的方形、圆形样品池进行光谱测量时，由于样品的量有限，使用的样品池不能为理想的无限半径，样品池侧壁对测量造成的影响也不易估计。

3、在现有的光谱测量中，常采用的光纤进行点对点的光谱信息采集，并且光源的入射点和出射光的接收点是固定不变的，只能采集固定光程和固定位置光谱信息，不能得到随位置与光程变化的光谱分布。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种能充分利用物质的散射特性及多光程光谱技术的等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置与方法，无需配备多个不同光程长样品池，也不需要接收探头接触被检测物质，同时避免了通用方形、圆形样品池侧壁对测量造成的影响，并且可以减少一半的样品量。利用本发明样品池和光源与检测器相对位置的改变以及带来的光路变化，获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息，从而可使被检测物质组分含量分析精度提高。

为了解决上述技术问题，本发明等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置予以实现的技术方案是：该测量装置包括样品池、光源和出射光检测器，所述样品池是一个横截面为等腰直角形的样品池，所述光源的入射位置和出射光检测器的位置均是可移动的，由所述样品池、光源和出射光检测器形成的光路是变化的。

本发明等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置，其中，所述样品池的底部封闭，顶端开放；所述样品池的三个侧面中，一面为反射平面，其他两侧面为透射光学平面；或所述样品池的三个侧面中，两面为反射平面，第三侧面为透射光学平面。所述样品池的材料是石英、玻璃、树脂或者塑料。所述出射光检测器为光谱仪或光谱成像装置；所述光谱仪或光谱成像装置响应的波段包括紫外、可见、红外中一种或几种波段的组合，直接接收出射光或经光纤传导。

本发明一种等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量方法，通过对所述光源的入射位置和出射光检测器的位置进行水平方向和/或竖直方向的移动，通过光源、出射光检测器与所述样品池相对位置的改变形成光路的变化，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，从而获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息。

本发明等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量方法，其中，所述光源直接照射样品池。所述光源经光纤导入或者经狭缝或小孔导入样品池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中横截面为等腰直角三角形的异形样品池的优势在于：不需要传统上需要配备多个不同光程长样品池，也不需要接收探头接触被检测物质，同时避免了通用方形、圆形样品池侧壁对测量造成的影响，并且可以减少一半的样品量。

由于本发明采用横截面为等腰直角形的样品池，以及可移动的光源入射位置和出射光接收位置，出射光检测器为光谱仪或光谱成像设备。利用该样品池和光源与检测器相对位置的改变以及带来的光路变化，获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息，可使被检测物质组分含量分析精度提高。

附图说明

图1是现有技术中使用通常方形或长方形截面样品池进行光谱的测量；

图2是使用本发明截面为等腰直角三角形的异形样品池进行光谱分布测量；

图3是本发明测量装置中一种横截面为等腰直角三角形的异形样品池示意图；

图4是本发明测量装置中另一种横截面为等腰直角三角形的异形样品池示意图；

图5是本发明光谱测量装置的结构示意图；

图6是本发明光谱测量方法的工作流程示意图；

图中：1是入射光源，2是异形样品池，3是出射光检测器(或光纤探头)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置，如图6所示，包括一个横截面为等腰直角形的样品池2，光源1和出射光检测器3，该光源1的入射位置以及出射光检测器的位置是可移动的，光源的入射位置和出射光接收装置的位置能分别进行水平方向和/或竖直方向的移动，出射光由出射光检测器接收，该出射光检测器是光谱仪或光谱成像设备。利用样品池2和光源1与出射光检测器3相对位置的改变以及带来的光路变化，获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息，可使被检测物质组分含量分析精度提高。

如图1所示，由于若使用现有技术中通用的方形横截面样品池，只在中心部位对样品进行单一光程长光谱的测量。因此本发明中，如图2所示，采用横截面为等腰直角三角形的带反射侧面的异形样品池，只需采集一个侧面的光谱分布即可得到被测量物质的分布式、不同光程光谱。

本发明中的两种横截面为等腰直角三角形的异形样品池截面如图3和图4所示，底部封闭，顶端开放，三个侧面中，一面为反射平面，其他两侧面为透射光学平面，或者两面为反射平面，第三侧面为透射光学平面。异形样品池的材料根据不同测量的需要，可以是石英、玻璃、树脂或者塑料等透光材料。

本发明中，横截面为等腰直角三角形的异形样品池的优势在于：不需要传统上需要配备多个不同光程长样品池，也不需要接收探头接触被检测物质，同时避免了现有技术中通用的方形或圆形样品池侧壁对测量造成的影响，并且可以减少一半的样品量。

利用本发明等腰直角形横截面样品池的散射物质光谱测量装置的测量方法是，利用可移动的光源入射位置和出射光检测器(用于出射光的接收)的位置，对光源的入射位置和出射光接收装置的位置分别进行水平方向和竖直方向的移动，通过光源、出射光检测器与所述样品池相对位置的改变形成光路的变化，从而实现散射物质的分布式光谱的检测。可移动的光源和检测器与异形样品池相配合，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，并且得到光谱的分布，从而更全面的获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息，为后续的通过建模及预测进行物质成分分析奠定基础。

所用光源可直接照射样品池，或者经光纤导入，或者经狭缝或小孔导入样品池。出射光检测器为光谱仪或光谱成像装置，响应的波段包括紫外、可见、红外中一种或几种波段的组合，直接接收或经光纤传导。

如图5和图6所示，可移动的入射光源1，可直接照射异性样品池2，或者经光纤导入，或者经狭缝或小孔导入。异形样品池2为横截面为等腰直角三角形的带反射侧面的样品池，底部封闭，顶端开放，可以如图5所示，三个侧面中，一面为反射平面，其他两侧面为透射光学平面，也可以如图6所示，三个侧面中，两面为反射平面，第三侧面为透射光学平面。异形样品池的材料根据不同测量的需要，可以是石英、玻璃、树脂或者塑料。可移动的出射光检测器3为光谱仪或光谱成像设备。响应的波段包括紫外、可见、红外中一种或几种波段的组合，直接接收或经光纤传导。本发明利用样品池和光源与检测器相对位置的改变以及带来的光路变化，获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息，可使被检测物质组分含量分析精度提高。

实施例1

如图5所示，光源1由可移动的光纤导入，从已加入被测散射物质的异形样品池2的一个透射侧面入射，该异形样品池横截面为等腰直角三角形，三个侧面中，一面为反射平面，其他两侧面为透射光学平面，出射光由可移动的光纤探头3导出，传至光谱仪接收。测量过程中，入射光从起始位置至终止位置依次直线移动，每移动到一个设定的入射位置后停止移动，然后直线移动出射光纤探头自起始位置至终止位置进行扫描，得到此入射光位置的出射光谱的分布，然后入射光位置移动到下一个设定入射位置后停止移动，再次直线移动出射光纤探头自起始位置至终止位置进行扫描，得到此入射光位置的出射光谱的分布，如此循环，直至完成入射光终止位置的出射光谱分布测量。

实施例2

如图6所示，光源1由可移动的狭缝导入，从已加入被测散射物质的异形样品池2的透射侧面的中心线一侧入射，该异形样品池横截面为等腰直角三角形，三个侧面中，两面为反射平面，第三侧面为透射光学平面。出射光由可移动的光谱成像设备3进行检测和采集。测量过程中，入射光从起始位置至终止位置依次直线移动，每移动到一个设定的入射位置后停止移动，然后由光谱成像设备进行扫描，得到此入射光位置的出射光谱分布，然后入射光位置移动到下一个设定入射位置后停止移动，再次由光谱成像设备进行扫描，得到此入射光位置的出射光谱分布，如此循环，直至完成入射光终止位置的出射光谱分布的测量。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。