CN102645404A - 适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架及其方法，该液体样品架包括两个平行设置、用于对样品袋进行夹持的样品夹片，所述样品夹片上均设有若干窗口；一用于调整所述两个样品夹片间距，并使样品夹片夹持样品袋的光程调节机构，该光程调节机构与所述样品夹片中的一个连接；一底座，该光程调节机构以及未与该光程调节机构连接的所述样品夹片固设于该底板上；一用于切换被探测光斑透射的窗口或者用于调整同一窗口相对该探测光斑的位置的移动机构，该移动机构与底座连接。本发明连续地改变样品袋中样品的厚度，并通过在样品夹片上设置的多个窗口实现了同一厚度的重复性，使得同系列不同样品之间具有更为可靠的参比价值，减小测量的误差。

Description

适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于光谱测量的样品架及其方法，特别是涉及一种适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架及其方法。

背景技术

太赫兹时域光谱系统是一种相干探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅和相位信息。该技术利用太赫兹脉冲透射或从样品上的反射，记录下太赫兹时域电场波形，经快速傅里叶变换得到样品的频谱，通过数据的处理和分析，可以获得被测样品的光学参数，如折射率、吸收系数等，进而获得样品的一些重要的物理化学信息。

在太赫兹时域光谱测量中，不同的样品对太赫兹光有不同的吸收。当光通过一定厚度的样品时会产生相应的时间延迟。对于溶液体系的测量，样品的厚度是一个关键因素。液体样品通常采用在太赫兹波段透过性较好的高纯石英样品池或聚乙烯塑料袋装载。为了获得足够的信号强度，样品池一般比较薄，如对于水溶液，由于水对太赫兹吸收强烈，水溶液样品的厚度一般在微米量级，因此对样品池有比较高的要求。对于高纯石英样品池，通常只能获得确定的厚度，无法连续调节可变光程。而聚乙烯袋，由于易变形，常通过夹在一定厚度的夹板中进行测量，但难以控制厚度的改变。

目前所采用的方式是测量一系列不同厚度液体样品的信号，以其中一个厚度的样品作为参比，进行相应的数据处理。由于液体样品厚度的绝对值难以精度测量，并且其相同厚度的重复性也难以保证。因此，同系列不同样品间相互相比，会产生较大偏差。另外是采用常规红外光谱的液体样品池，但需要逐个更换样品，无法满足多个样品的同时测量。

此外，太赫兹时域光谱测量中，延迟装置通过改变探测光与泵浦光间的光程差，使探测光在不同的时刻对太赫兹脉冲的电场强度进行取样测量，获得太赫兹脉冲电场强度的时间波形。对于一套典型的太赫兹时域光谱系统，噪声的主要来源由泵浦激光及其他环境因素造成，如湿度的微小波动会干扰测量的结果。因此，太赫兹脉冲信号的幅度和位置随测量时间会有一定的波动，不同时刻测量的数据不能达到完全的重复，从而造成测量的误差。当不同样品信号自身差别较小时，这种差异很容易被这些微小波动和干扰所掩盖。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法连续调节液体样品的厚度，且样品厚度难以控制影响检测精度的不足，提供一种适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架及其方法。

本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特点在于，其包括：

两个平行设置，用于对样品袋进行夹持的样品夹片，所述样品夹片上均设有若干窗口；

一用于调整所述两个样品夹片间距，并使样品夹片夹持样品袋的光程调节机构，其中该光程调节机构与所述样品夹片中的一个连接；

一底座，该光程调节机构以及未与该光程调节机构连接的所述样品夹片固设于该底板上；

一用于切换被探测光斑透射的窗口，或者调整同一窗口相对该探测光斑的位置的移动机构，该移动机构与底座连接。

其中，每个所述的样品夹片均包括一基片，所述窗口设于该基片上，在该基片靠近样品袋的一侧设有与该基片叠置的窗片。

其中，所述样品夹片还包括一设置在该基片和盖片之间的磁片，且两个所述样品夹片上的磁片相互吸引。

其中，该光程调节机构为一步进电机。

其中，该移动机构包括一用于横向切换窗口，或对窗口中的测试位置进行微调的横向移动机构，该横向移动机构与该底板连接。

其中，该移动机构还包括一用于纵向切换窗口，或对窗口中的测试位置进行微调的纵向移动机构，该纵向移动机构与该底板连接。

其中，该移动机构为手动控制或者电动控制。

本发明还提供一种采用所述适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架对液体样品进行光谱测量的方法，其特点在于，其包括：

S₁、该移动机构调整同一窗口相对探测光斑的不同位置，对该窗口的不同点进行多次检测；

S₂、根据步骤S₁获得的检测数据计算平均值；

S₃、该移动机构切换不同窗口，使得探测光斑射入下一个窗口；

S₄、重复步骤S₁-S₃直至完成所有窗口中样品的检测。

其中，在步骤S₄后还包括步骤S₅：该光程调节机构调整所述样品夹片间距以改变所夹持的液体样品的厚度；在步骤S₅后再次执行步骤S₁-S₄。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极步进效果在于：本发明的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架可通过光程调节机构连续地改变样品袋中样品的厚度，并通过在样品夹片上设置的多个窗口实现了同一厚度的重复性，使得同系列不同样品之间具有更为可靠的参比价值，减小测量的误差，提高样品检测的精确度。此外，多窗口的样品夹片实现了对多个液态样品进行同时夹持，连续检测的目的，减少了反复夹装样品过程，提高检测效率。

附图说明

图1为本发明的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架的结构示意图。

图2为图1中样品夹片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1和2所示，本发明的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架包括两个平行且相对设置的样品夹片1和2。样品夹片1包括一基片11，在基片11上设有四个以矩阵形式排布的窗口111。在基片11相对样品袋7的一侧固设一窗片12。同样的，样品夹片2包括设有窗口211的基片21，在基片21相对样品袋7的一侧设有一窗片22。所述基片11和12可采用不锈钢板，铝合金或者铜板制成，而所述窗片12和22均采用聚乙烯或聚四氟乙烯或硅片等在太赫兹波段透过性高的材料制成。具有一定刚性的基片能够保证在夹持过程中，两个样品夹片具有较好的相互平行度，从而确保被夹持的样品袋整体的厚度更为均匀，减小测量误差。

其中，两个样品夹片窗片12和22相对设置，样品袋7被夹持在它们之间。该样品袋7包括四个以矩阵形式分布的液体样品放置区域。在安装放置样品袋时，每个区域分别被夹持在两个样品夹片相对的两个窗口之间，从而探测光斑可依次穿过样片夹片1的窗口111、样品和样品夹片2的窗口211。可通过胶带等辅助用品将样品袋固定在样品夹片上。

此外，也可通过带磁性的磁片或磁条对样品袋进行固定。具体地，每个样品夹片还包括一磁片(图中未示)，所述磁片设置在基片和窗片之间。设置在两个样品夹片上的磁片相互吸引，从而对样品袋7进行夹持。

该液体样品架还包括一作为光程调节机构的步进电机3和底座4。

其中，步进电机3与样品夹片2连接，步进电机3驱动样品夹片2靠近或远离样品夹片1，一方面用于夹持样品袋7；另一方面通过控制两个样品夹片1和2之间的间距改变液体样品的厚度，测量时样品从厚到薄逐渐进行调整。该步进电机3和未与步进电机3连接的样品夹片1均固设在底板4上。

该步进电机3与一控制器(图中未示)连接，通过该控制器可控制步进电机驱动的步长。

该液体样品架还包括一纵向移动机构6，该纵向移动机构6与该底板4连接。在纵向移动机构6的驱动下，底板4以及其上通过两个样品夹片1和2夹持的样品相对探测光斑发生位移，从而达到纵向切换窗口的目的。该纵向移动机构可以为电机、丝杠副等简单机械结构。

液体样品架还包括了一个与该纵向移动机构6连接的横向移动机构5，用于切换横向分布的窗口。该横向移动机构也可以为电机、丝杠副等简单机械结构。

该横向移动机构5和纵向移动机构6也均与该控制器连接，通过控制器控制窗口的切换时间和位置移动。该部分可通过现有的软件通过编程实现，在此不再赘述。

此外，该横向移动机构5和纵向移动机构6也可为手动驱动，此时则需人工对窗口进行切换和移动操作。

本发明的液体样品架可通过光程调节机构精确控制液体样品的厚度，且连续可调，并通过多个窗口，依次测量相同厚度的不同样品，使得样品参比，同比测量所得到的数据更为准确。

下面对本发明的对液体样品进行光谱测量的方法做进一步说明。测量过程中，探测光斑相对样品夹片的移动可参见图2中的箭头所示。在此需要说明，在实际测量中，入射的探测光斑保持不动，样品夹片相对探测光斑进行移动。

步骤S₁、通过胶带将盛有液体样品的样品袋7固定在样品夹片1上。

步骤S₂、步进电机驱动样品夹片2靠近样品夹片1从而夹持样品袋7，并至预设的厚度。

步骤S₃、通过横向移动机构5和纵向移动机构6调整窗口(图2左上角的窗口)的位置，使得探测光斑从窗口的中心通过。

步骤S₄、停留一段时间，采集样品的数据。其中，为了提高测量准确度，在测量的每个样品窗口，经横向移动机构5和纵向移动机构6微调，对该窗口的多个不同位点进行测量，然后取平均值。

步骤S₅、通过横向移动机构5切换至下一个待测的窗口(图2中右上角的窗口)。

步骤S₆、重复执行步骤S₄和S₅。

步骤S₇、通过纵向移动机构6切换到下一个待测的窗口(图2中右下角的窗口)。

步骤S₈、重复执行步骤S₄和S₅。

步骤S₉、通过横向移动机构5切换至下一个待测的窗口(图2中左下角的窗口)。

步骤S₁₀、重复执行步骤S₄和S₅。

步骤S₁₁、通过步进电机3驱动样品夹片2以进一步减小样品厚度，随后再次执行步骤S₃-S₁₀。

若需要对不同样品在同一厚度条件下进行测量，可在样品袋7的不同盛放区域内注入不同样品即可。

本发明中的窗口数量和位置分布仅用于举例说明，并非用于对本发明进行限制。本领域技术人员可根据实际情况对窗口的数量和位置分布进行调整。其中，当窗口仅为一排横向分布时，则可以省略纵向移动机构。若窗口仅为一排纵向分布时，可以省略横向移动机构。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，其包括：

两个平行设置、用于对样品袋进行夹持的样品夹片，所述样品夹片上均设有若干窗口；

一用于调整所述两个样品夹片间距，并使样品夹片夹持样品袋的光程调节机构，其中该光程调节机构与所述样品夹片中的一个连接；

一底座，该光程调节机构以及未与该光程调节机构连接的所述样品夹片固设于该底板上；

一用于切换被探测光斑透射的窗口或者用于调整同一窗口相对该探测光斑的位置的移动机构，该移动机构与底座连接。

2.如权利要求1所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，每个所述的样品夹片均包括一基片，所述窗口设于该基片上，在该基片靠近样品袋的一侧设有与该基片叠置的窗片。

3.如权利要求2所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，所述样品夹片还包括一设置在该基片和窗片之间的磁片，且两个所述样品夹片上的磁片相互吸引。

4.如权利要求1所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，该光程调节机构为一步进电机。

5.如权利要求1-4中任一项所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，该移动机构包括一用于横向切换窗口，或对窗口中的测试位置进行微调的横向移动机构，该横向移动机构与该底板连接。

6.如权利要求5所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，该移动机构还包括一用于纵向切换窗口，或对窗口中的测试位置进行微调的纵向移动机构，该纵向移动机构与该底板连接。

7.如权利要求6所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架，其特征在于，该移动机构为手动控制或者电动控制。

8.一种采用权利要求1所述的适用于太赫兹时域光谱测量的液体样品架对液体样品进行光谱测量的方法，其特征在于，其包括：

S₁、该移动机构调整同一窗口相对探测光斑的不同位置，对该窗口的不同点进行多次检测；

S₂、根据步骤S₁获得的检测数据计算平均值；

S₃、该移动机构切换探测光斑至不同窗口，使得探测光斑射入下一个窗口；

S₄、重复步骤S₁-S₃直至完成所有窗口中样品的检测。

9.如权利要求8所述的对液体样品进行光谱测量的方法，其特征在于，在步骤S₄后还包括步骤S₅：该光程调节机构调整所述样品夹片间距以改变所夹持的液体样品的厚度；在步骤S₅后再次执行步骤S₁-S₄。

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