CN101464254B - 一种消光池及装配该消光池的光学分析仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种消光池及装配该消光池的光学分析仪器，消光池包括入射光反射镜面、反射光反射镜面及消光池主体，其中，所述入射光反射镜面、反射光反射镜面是由专用光学玻璃经专业镀银工艺加工制成，所述消光池主体由专用光学玻璃加工制成，入射光反射镜面、反射光反射镜面相对镶嵌在消光池主体呈45度角的上、下斜面上。本发明所述消光池光学性能稳定，用于检测仪器重可提高仪器的测量精度，可广泛装配于光度法的专用分析仪器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用寿命长、光学稳定性好、测量精密度高的一种消光池，具体涉及一种应用于分光光度法的专用分析仪器中的吸收池部分更新的替代产品，是应用分光光度法检测复杂光学体系的专用吸收池。
背景技术
分光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，也是目前广泛采用的仪器分析方法之一。分光光度法的理论依据是Lamber-Beer定律。当一束平行的单色光通过溶液时，这束光可以被溶液吸收，也可以被溶液中的粒子散射，可以在容器界面上反射，也可以通过溶液，因此，入射光强度可以看作是吸收光强度(sbsorption)、散射光强度(scattering)、反射光强度(reflection)及透射光强度(transmission)的总和。当溶液为均匀非散射性时，散射光强度不存在，而且在光度分析法中，样品试剂溶液与空白试剂溶液置于同一材质及厚度的吸收池中，反射光强度基本保持不变，其影响可以相互抵消。入射光强度与透射光强度的比值的对数值即被称为吸光度A(absorbance)，又称为消光值(extinction)或光密度(optical density)。因此，均匀分布的溶液对消光池(吸收池)的要求并不严格。当溶液为非均匀散射性时，入射光强度除了部分被溶液吸收减弱外，入射光强度的减弱主要由溶液的散射光强度部分决定，米氏(G Mie)理论指出，对于平面单色波在一个均匀媒质中具有任意直径及任意成分的均匀微粒体系中，散射光强取决于微粒的直径和相对折射率、微粒的分散程度、入射光的光强、波长和偏振度以及散射角。因此，当粒子的相对折射率、分布情况、入射光的光强、波长、偏振度以及散射角均一致时，散射光的强度与粒子的直径和形状相关，而且单位体积的总散射光强度就等于单个微粒散射的光强与散射粒子总数的乘积。
依据以上理论就可以检测出溶液中所含溶质在溶液总量一定的情况下的变化量。在这种情况下，应该用特殊设计的消光池才能将Lamber-Beer定律在非均匀散射的溶液中，把分光光度法的分析方法准确地表达出来。可是现在的消光池灵敏度低，测试的结果也不稳定和准确，设计的结构不合理，使用寿命低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型消光池，可以将Lamber-Beer定律更好地应用在非均匀散射的溶液体系中，这种新型消光池，寿命长、稳定性好、精密度高，它的应用提高了仪器的可靠性和测量精度。
为达上述目的，本发明提供的消光池，包括消光池主体，在消光池主体的上、下面对称装设一入射光反射镜和一反射光反射镜，且该入射光反射镜和反射光反射镜平行且镜面相对，并与消光池主体的入射光光学玻璃面呈45度角。
其中，所述消光池主体的上、下面为斜面，与消光池主体的侧面呈45度角，所述入射光反射镜镶嵌在消光池主体的上斜面，所述反射光反射镜镜面镶嵌在消光池主体的下斜面。
具体的，消光池主体上端设进样口；所述进样口与一自动进样装置的自动进样口相配合；或者消光池主体上端设进样管，下端设出样管；下端出样管上设阀门。
具体的，消光池主体为圆柱状，其上端设圆柱状进样管，下端设圆柱状出样管。
具体的，消光池主体的内腔为微容量腔。
本发明还提供装配有该消光池的光度法分析仪器，其中，分析仪器的光源设于消光池主体的入射光光学玻璃面一侧位于入射光反射镜的中心法线上，分析仪器的检测器设于消光池主体出射光光学玻璃面一侧位于反射光反射镜的中心法线上。
其中，消光池的主体由光学玻璃加工制成；入射光反射镜和反射光反射镜是由光学玻璃经镀银工艺加工制成；所述光学玻璃为紫外石英玻璃或红外石英玻璃或其它普通光学石英玻璃及其它光学材料。
本发明采用以上设计的消光池，其中消光池主体可以为立方体结构或者为圆柱型立体结构，外观结构意在实现本发明的光学与化学功能，在本实施例中不做特别限制；所述消光池的体积可以做成常量、微量、超痕量等，具体依据所检测的物质而定，在本实施例中不做特别限制；所述消光池材料为紫外石英玻璃、红外石英玻璃或其它光学玻璃及其它光学塑料材料，被检测物质不同就选择不同材料制作的消光池，反射光光程尺寸的大小可依据被检测物质对灵敏度的要求来选择，消光池容积尺寸的大小可依据被检测物质的量来选择。具体可按照Lamber-Beer定律进行计算；所述入射光反射镜面、反射光反射镜面可以为镀银的光学玻璃或者直接将银镀在消光池上下不同两个侧面上，入射光反射镜面、反射光反射镜面的安装位置及安装角度，依据光学理论确定；具体为入射光通过入射光反射镜面将入射光反射后通过溶液到达反射光反射镜面，反射光反射镜面将反射光反射出消光池，整体光路要求入射光与反射光保持平行；入射光反射镜面、反射光反射镜面的尺寸与消光池主体相配合；所述消光池在使用时，它的进样方式可以为手动进样、自动进样、流动方式进样，在本实施例中意在实现其功能，因此不做特别限制；所述消光池在使用时，它的入射光光路系统部分，可以为光纤、光导、直接介入等方式；所述消光池的使用功能，可以做成吸收池，散射池，荧光池，或者二合一等多种形式在本实施例中意在实现其功能，因此不做特别限制。
本发明采用上述技术方案，其显著特点是：
1、以Lamber-Beer定律为理论依据，更准确地检测非均匀散射的溶液中的物质。
2、以光学理论为基础，消光池光路系统更加合理。
3、体积小，光程长，灵敏度高，使用方便。
4、可以多种方式组合，应用范围广，使用灵活。
附图说明
图1为本发明外部结构示意图。
图2为本发明流动进样方式外部结构示意图。
图3为本发明圆柱流动进样方式外部结构示意图。
图4为本发明微量消光池外部结构示意图。
图5为本发明自动进样方式外部结构示意图。
图6为本发明原理示意图。
图7为检测牛奶掺水与A/E关系曲线。
具体实施方式
以下就本发明一种新型消光池的结构组成及所能产生的功效，配合附图以较佳实施例详细说明如下：
本发明的消光池，包括消光池主体1，和现有消光池一样，消光池主体1为由光学玻璃制成的柱体，包括四个侧面和上、下两个面。如图1所示，本发明的改进之处是在该消光池主体1两平行的侧面玻璃面2和2’之间上下对应装设两平行镜面4和5，其中玻璃面2对着入射光，入射光以垂直于玻璃面2的方向射入消光池1内，镜面4和5与玻璃面2呈45度角，入射光镜面4射于消光池侧壁上方，镜面朝下，它与入射光光学玻璃面2成45度角，依据光学原理，入射光通过溶液照射到入射光镜面4后向下反射，反射光穿过溶液照射到侧壁下方设置的反射光镜面5上，反射光镜面5平行于入射光镜面4，镜面朝上，因此，通过反射光镜面5将以上光路中的光束以垂直于光学玻璃面的方向从另一侧光学玻璃面2’射出(参见图6所示的光路)。在具体实施中，为加工和安装简便，消光池主体1的上、下玻璃面加工成与侧面呈45度角的斜面，镜面4和5可以直接贴附在该上、下玻璃面上。
本发明中的光学玻璃依据被检测物质的不同而不同，可以为紫外石英玻璃、红外石英玻璃或其它普通光学石英玻璃，也可以为具有同等功能的光学材料来实现其功能，在此不作具体限制，并且不做具体详述。入射光反射镜面4、反射光反射镜面5是由专用光学玻璃经专业镀银工艺加工制成，可以为加工制作后镶嵌在相应位置，也可以直接以专业镀银工艺将设于相应位置的光学玻璃经专业镀银来实现其功能，在此不作具体限制。
图1示出了本发明提供的消光池的一种具体实施方式，除上面描述的结构外，消光池主体1上面有设有样品进出口3，而消光池主体1下底面封闭，在使用时，样品从进出口3处注入或倒出。为保证消光池使用时的平稳，可在消光池主体1倾斜的下底面下连设一底托6。
图2示出本发明提供的消光池的另一种具体实施方式，在图1所述原理基础上，将消光池21设计成流动进样方式，其包括玻璃面22、入射光镜面24和反射光镜面25，与前例不同之处为在消光池主体1上面设一进样管23，可与检测仪器的手动进样装置连接，底部设计成出样管26，出样管26旁边设有阀门27，来控制消光池中的样品流出。
以下还有本发明提供的消光池的其它具体实施方式：
如图5所示，在图1所述原理基础上，设计成自动进样方式的消光池51，其包括玻璃面52、入射光镜面54和反射光镜面55，与前例不同之处为消光池进样口53的形状和尺寸设计成与一自动进样装置59的自动进样口58相配合，通过该来自动进样装置59来实现消光池51的自动进样功能。该例消光池51在使用时，检测仪器的出射光光路系统接收部分56可以为通用的光电传感器系统放置于反射光反射镜面55的中心法线上，入射光光路系统部分57可以为光纤、光导、直接介入等方式的光源，放置于入射光反射镜面54的中心法线上，出射光光路系统以及入射光光路系统的列举在本实施例中意在实现其功能，不做特别限制。
如图3所示，在图1所述原理基础上，设计成一种圆柱流动进样方式的消光池31，其包括玻璃面32、入射光镜面34和反射光镜面35，与前例不同之处为在消光池主体31为圆柱状，其上面设一圆柱状进样管33，底部设计成圆柱状出样管36，入射光镜面34和反射光镜面35的形状也随消光池主体1上、下面的形状而改变。本实施例是适应特殊检测仪器中的消光池而做的改进，意在说明消光池本身的形状和结构形式可以随检测仪器的要求有多种改变。
如图4所示，在图1所述原理基础上，设计成一种微量消光池41，其包括玻璃面42、入射光镜面44和反射光镜面45，消光池41上端设样品进出口43，与图1实施例不同之处是，微量消光池的主体41的侧面玻璃较厚，从而形成一微量的容量池46。本实施例是适应样品较少时进行检测而设计的微量消光池，使本发明消光池的应用更加广泛。
在本实施例中多种消光池的设计意在实现其使用功能，因此，它的结构方式可以为以上方式中相关部分的任意组合，在此不做特别限制。
本发明提供的多种消光池，使用时，装入检测仪器中相关位置。如图6所示，示出本发明消光池在使用时的工作原理：入射光61通过入射光光学玻璃面射入消光池中的溶液62后，照射到入射光反射镜面63上，通过入射光反射镜面的反射，光线穿过溶液62，然后照射到反射光反射镜面64上，依据光学原理和Lamber-Beer定律，光路系统中携带了所需检测物质的信息，这一信息通过光线65传递给检测传感器。传感器安放在消光池外光线射出处，通过该传感器接收检测信号并传递给检测仪器的运算单元。
以下结合具体操作来介绍本发明一种新型消光池的使用方法。
本发明使用非常简单，在用于分光光度法检测时，以图5为例，使光源置于入射光光学玻璃面52一侧且入射光线依据光学原理汇聚在入射光反射镜面4的中心法线上。将接收检测信号的传感器56(检测器)安放在出射光光学玻璃面52’一侧，具体位置为以反射光镜面55反射的光路交汇于入射光光学玻璃面52上的光斑处即可。
以下以检测牛奶质量为一个具体实例说明本发明消光池的应用效果。
一、牛奶中水分检测：往牛奶中掺水是商家最常见的掺假手段。一般情况下，劣质牛奶的掺水量高于5％，牛奶中掺杂水后并没有引起牛奶中的主要成分的种类的变化，而不同的是单位体积内的粒子数目降低了，因此导致发生散射作用的能力下降。实验发现在掺假牛奶稀溶液中，以装设有本发明的消光池的分光光度计实施检测，能对牛奶中的含水量作出清晰的反映，参见图7所示，为在TU1810光度计中使用本发明消光池和原消光池分别测得的消光度变化值(A/E)与对应的牛奶浓度关系图，其中可见使用本发明消光池测得的线性关好(r＝0.997)，而使用原有消光池的线条区分度比较小(r＝0.955)。对图中数据进行分析，可见使用本发明消光池后光度计对掺水牛奶的检测，能够检测到掺水2％以下(此时RSD＝0.44％，n＝6)。
二、牛奶中重金属检测：重金属的检测是食品检测中的一个重要项目，重金属含量过高将直接危害人们健康。重金属的加入能够使牛奶中的氨基酸、蛋白质的功能和构像发生变化，以至于牛奶体系中发生散射的蛋白质分子形状、直径以及相对折射率都发生了变化，原有光度计不能对含有不同重金属离子的牛奶快速正确区分。根据GB/T 6914-86，牛奶中重金属(汞)含量应≤0.01μg/g。以装设有本发明消光池和原有消光池的TU1810分光光度计分别对加入不同汞含量的牛奶进行了分别测定，结果参见表1所示，表明：使用本发明消光池对汞含量在0.01μg/g以下样品均可以进行检测，可以与不同重金属离子的牛奶快速正确区分，而使用原有消光池的光度计检测结果不明显。
表1对加不同量重金属的牛奶进行分光光度检测数据
Claims (5)
1.一种消光池，包括由光学玻璃加工制成的消光池主体，入射光以垂直于入射光光学玻璃面的方向射入消光池内，出射光以垂直于出射光光学玻璃面的方向射出消光池，其特征在于：所述消光池主体的上、下面为斜面，与消光池主体的侧面呈45度角，消光池主体的上面设有用于注入或倒出样品的样品进出口，下底面封闭；在消光池主体的上、下面对称装设一入射光反射镜和一反射光反射镜，且该入射光反射镜和反射光反射镜平行且镜面相对，并与消光池主体的入射光光学玻璃面呈45度角；所述入射光反射镜镶嵌在消光池主体的上斜面，所述反射光反射镜镜面镶嵌在消光池主体的下斜面。
2.如权利要求1所述的消光池，其特征在于，所述消光池主体上面的进样口与一自动进样装置的自动进样口相配合。
3.如权利要求1所述的消光池，其特征在于，消光池主体的内腔为微容量腔。
4.如权利要求1至3任一所述的消光池，其特征在于，所述光学玻璃为紫外石英玻璃或红外石英玻璃或普通光学石英玻璃；所述入射光反射镜和反射光反射镜是由光学玻璃经镀银工艺加工制成。
5.一种消光池，包括由光学玻璃加工制成的消光池主体，入射光以垂直于入射光光学玻璃面的方向射入消光池内，出射光以垂直于出射光光学玻璃面的方向射出消光池，其特征在于：所述消光池主体的上、下面为斜面，与消光池主体的侧面呈45度角，消光池主体上端设进样管，下端设出样管，出样管上设阀门；在消光池主体的上、下面对称装设一入射光反射镜和一反射光反射镜，且该入射光反射镜和反射光反射镜平行且镜面相对，并与消光池主体的入射光光学玻璃面呈45度角；所述入射光反射镜镶嵌在消光池主体的上斜面，所述反射光反射镜镜面镶嵌在消光池主体的下斜面。
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