CN105259358A - 一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，包括用于放置样品池的旋转样品台、用于控制样品池在XY平面内位置的直线运动机构、旋转运动机构、多位阀控制机构和拉曼光谱仪探头；所述旋转样品台可旋转的设置于旋转运动机构上；所述旋转运动机构用于控制样品池与拉曼光谱仪探头的位置；待测水样通过多位阀控制机构的控制进入设置在旋转样品台上的样品池，通过直线运动机构和旋转运动机构对样品池位置的调整，由拉曼光谱仪探头进行光学探测，再将光学信号送入光谱仪上位机进行实时分析处理。本发明中的样品池通过旋转运动和水平位移调节，可以实现待测水样的精确调焦，提高检测精度。

Description

一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及拉曼光谱检测仪器技术领域，尤其涉及一种基于拉曼光谱检测的多通道旋转式样品池装置及其检测方法。

背景技术

近年来，随着我国工业化城镇化进程的加快，对水资源的需求也大幅增加；与此同时，大量的工业废水和城镇生活污水直接排入江河湖海以及土壤中，使得地表水和地下水水质日趋恶化，水污染状况日趋严峻，极大的制约了国民经济发展并且危害了人民的健康。水质监测是及时、准确、全面地反映水环境质量和污染源现状的重要手段，目前水质监测主要使用气相色谱仪、液相色谱仪、气相色相-质谱仪、液相色谱-质谱仪等大型仪器设备，由工作人员到水体现场取样，此后交由实验室化学分析。这种方法不仅费时费力、工序复杂、采样-测试周期长、成本高，而且无法对水样进行实时、在线监测，无法及时准确反映水质情况。

随着微弱信号探测技术、激光技术和计算机技术应用于光谱检测领域，同时拉曼光谱作为一种特征指纹光谱，对水的吸收较弱,可以直接测量含水样品；拉曼谱峰清晰，重叠少，谱图简单明了，因此拉曼光谱技术在水质检测中的应用逐渐得到发展。现有拉曼光谱在线检测设备中，样品池系统通常是单通道的，需要手动取放样品，不能进行连续批量检测。因此，在现有技术基础上，开发一种能够连续多通道批量检测用的样品池装置，为水质实时在线检测提供自动化监测设备显得尤为必要。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置及其检测方法，实现待测水样的快速、批量检测分析，从而减轻工作人员的劳动强度，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明的目的之一是通过以下技术方案实现：一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，包括用于放置样品池的旋转样品台、用于控制样品池在XY平面内位置的直线运动机构、旋转运动机构、多位阀控制机构和拉曼光谱仪探头；所述旋转样品台可旋转的设置于旋转运动机构上；所述旋转运动机构用于控制样品池与拉曼光谱仪探头的位置；待测水样通过多位阀控制机构的控制进入设置在旋转样品台上的样品池，通过直线运动机构和旋转运动机构对样品池位置的调整，由拉曼光谱仪探头进行光学探测，再将光学信号送入光谱仪上位机进行实时分析处理。

进一步，所述旋转样品台1上设置有N个用于放置样品池的样品槽101，每个样品槽的侧壁上设置有与样品槽对应的拉曼探测孔102。

进一步，所述样品槽下部为方形与圆形的组合槽，上部为圆形槽。

进一步，所述旋转样品台1的底端设置有一个向旋转运动机构方向延伸的凸台，所述凸台与旋转运动机构连接。

进一步，所述旋转运动机构包括输出轴上带有齿条的驱动电机III2、旋转台固定架8和内部设置有齿轮的旋转平台9，所述齿轮与齿条相配合；所述驱动电机III2固定在旋转台固定架上，通过齿轮与齿条的配合带动旋转平台转动。

进一步，所述直线运动机构包括X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构，所述X方向直线运动机构包括驱动电机II4、X位移台7和X位移固定架3，所述X位移台可滑动的设置于X位移固定架上，所述X位移台与旋转台固定架固定连接，所述驱动电机II固定在X位移固定架上，驱动电机II带动X位移台作往复直线运动；所述Y方向直线运动机构包括驱动电机I18、Y位移台5和Y位移固定架6，所述Y位移台与X位移固定架固定连接，所述驱动电机I固定在Y位移固定架上，所述Y位移台可滑动的设置在Y位移固定架上，所述驱动电机I带动Y位移台作往复直线运动。

进一步，所述多位阀控制机构包括多位阀12，所述多位阀的出口10与样品池连接，多位阀的进口11与待测水样连通。

进一步，还包括支撑架17、固定于支撑架上的用于固定多位阀的多位阀固定板13、固定于支撑架上用于固定拉曼光谱仪探头的探头固定板16。

进一步，所述驱动电机I或/和驱动电机II或/和驱动电机III上设置有旋转手柄，所述手柄用于控制电机轴的转动。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的，一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将待测水样引入到多位阀进口11中，然后开启多位阀12，按照检测顺序把水样注入到不同的样品池中；

2)开启旋转运动机构，调整旋转位移台1将待测水样的样品池对准拉曼光谱仪探头15，然后开启直线运动机构，调整样品池与拉曼光谱仪探头15的位置进行精确调焦；

3)通过拉曼光谱仪探头15将入射激光聚焦到样品池上，同时收集样品池中待测水样产生的拉曼光谱散射信号，并将拉曼信号送入拉曼光谱仪上位机进行分析处理；

4)检测完毕后转动旋转样品台1，切换到下一个待测样品位置。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

1.样品池通过旋转运动和水平位移调节，可以实现待测水样的精确调焦，提高检测精度；同时样品池的调节定位过程通过驱动电机控制，调节过程快速，准确，提高了检测过程的自动化水平。

2.旋转样品台上设置的样品槽可以放置方形样品池和圆形样品池，避免了对不同型号样品池需更换样品台的可能，从而提高了旋转样品台的通用性和普适性。

3.样品池放置在样品槽中，拉曼光谱仪探头通过与之匹配的拉曼光谱探测孔进入选择样品台，从而使样品池处于相对密封的检测环境中，有效抑制了外界杂散光对拉曼光谱探测的干扰，提高检测的准确性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明的总体构成图；

图3为本发明的旋转样品台结构示意图；

图4为本发明的图3旋转样品台的半剖视图；

图中，1.旋转样品台；101.样品槽；102.拉曼光谱探测孔；103.螺纹孔；2.驱动电机Ⅲ；3.X位移固定架；4.驱动电机Ⅱ；5.Y位移台；6.Y位移固定架；7.X位移台；8.旋转台固定架；9.旋转平台；10.多位阀出口；11.多位阀进口；12.多位阀；13.多位阀固定板；14.废液出水口；15.拉曼光谱仪探头；16.探头固定板；17.支撑架；18.驱动电机Ⅰ。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，包括用于放置样品池的旋转样品台、用于控制样品池在XY平面内位置的直线运动机构、旋转运动机构、多位阀控制机构和拉曼光谱仪探头；所述旋转样品台可旋转的设置于旋转运动机构上；所述旋转运动机构用于控制样品池与拉曼光谱仪探头的位置；待测水样通过多位阀控制机构的控制进入设置在旋转样品台上的样品池，通过直线运动机构和旋转运动机构对样品池位置的调整，由拉曼光谱仪探头进行光学探测，再将光学信号送入光谱仪上位机进行实时分析处理。

所述旋转样品台1上设置有N个用于放置样品池的样品槽101，所述样品槽均匀的分布于旋转样品台上。样品槽通常取4-12个，优选的是8个。每个样品槽的侧壁上设置有与样品槽对应的拉曼探测孔102，孔径与拉曼光谱仪探头15的直径相匹配，使孔与拉曼光谱仪探头紧密接触。所述样品槽包括方形样品槽和圆形样品槽，即同一个样品槽101既可以放置方形的样品池也可以放置圆形的样品池。所述旋转样品台1的底端设有一个凸台，该凸台由旋转样品台的向旋转运动机构方向延伸，凸台上设置有螺纹孔103，用于与旋转运动机构相连接。

所述的旋转运动机构包括驱动电机III2、旋转台固定架8和旋转平台9，所述的驱动电机2固定在旋转台固定架8上，所述的旋转平台9内部设置有齿轮，与驱动电机2相连接的齿条相配合。所述的旋转平台9固定在旋转固定架8上，旋转平台9上设置有螺纹孔，通过螺栓与旋转样品台1相连。所述的驱动电机优选步进电机，由步进电机的特性可知，在非超载的情况下，通过控制脉冲个数来调节角位移量，从而实现准确定位；同时通过控制脉冲频率来调节电机转动的速度和加速度，从而实现调速的目的。驱动电机III的输出轴上带有齿条、旋转平台的内部设置有齿轮，所述的驱动电机III2采用齿轮、齿条与旋转轴相连带动旋转平台9转动。所述的驱动电机2上设置有旋转手柄，可以手动旋转电机轴转动，优选的是采用电机驱动，以进行匀速转动。

所述直线运动机构包括X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构。

所述X方向直线运动机构包括驱动电机II4、X位移台7和X位移固定架3，所述X位移台可滑动的设置于X位移固定架上，所述X位移台与旋转台固定架固定连接，所述驱动电机II固定在X位移固定架上。所述的驱动电机4优选的是步进电机，驱动电机II通过传动螺纹杆带动X位移台作往复直线运动。所述的驱动电机II4上设置有旋转手柄，可以手动旋转驱动直线位移台运动，优选的是采用电机驱动，以进行匀速位移。

所述Y方向直线运动机构包括驱动电机I18、Y位移台5和Y位移固定架6，所述Y位移台与X位移固定架固定连接，所述驱动电机I固定在Y位移固定架上，所述Y位移台可滑动的设置在Y位移固定架上。所述的驱动电机18优选的是步进电机。所述的驱动电机18通过传动螺纹杆带动Y位移台5往复直线运动。所述的驱动电机18上设置有旋转手柄，可以手动旋转驱动直线位移台运动，优选的是采用电机驱动，以进行匀速位移。

所述多位阀控制机构包括多位阀12，所述多位阀的出口10与样品池连接，多位阀的进口11与待测水样连通。所述的多位阀12通道数通常选取4-16通道，优选的是8通道。

进一步，该多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置还包括支撑架17、固定于支撑架上的用于固定多位阀的多位阀固定板13、固定于支撑架上用于固定拉曼光谱仪探头的探头固定板16。

所述的拉曼光谱仪探头15通过旋转样品台侧壁上的拉曼光谱探测孔102将入射激光引入到样品池。所述的拉曼光谱仪探头15采用的入射激光波长为532nm，633nm，785nm，优选的是785nm的激光，拉曼光谱仪探头15将采集的拉曼散射信号送入光谱仪上位机进行实时分析处理。

基于上述装置，本发明还提供一种利用该装置进行拉曼检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将待测水样引入到多位阀进口11中，然后开启多位阀12，按照检测顺序把水样注入到不同的样品池中；

2)开启旋转运动机构，调整旋转位移台1将待测水样的样品池对准拉曼光谱仪探头15，然后开启直线运动机构，调整样品池与拉曼光谱仪探头15的位置进行精确调焦；

3)通过拉曼光谱仪探头15将入射激光聚焦到样品池上，同时收集样品池中待测水样产生的拉曼光谱散射信号，并将拉曼信号送入拉曼光谱仪上位机进行分析处理；

4)检测完毕后转动旋转样品台1，切换到下一个待测样品位置。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：包括用于放置样品池的旋转样品台、用于控制样品池在XY平面内位置的直线运动机构、旋转运动机构、多位阀控制机构和拉曼光谱仪探头；所述旋转样品台可旋转的设置于旋转运动机构上；所述旋转运动机构用于控制样品池与拉曼光谱仪探头的位置；待测水样通过多位阀控制机构的控制进入设置在旋转样品台上的样品池，通过直线运动机构和旋转运动机构对样品池位置的调整，由拉曼光谱仪探头进行光学探测，再将光学信号送入光谱仪上位机进行实时分析处理。

2.根据权利要求1所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述旋转样品台(1)上设置有N个用于放置样品池的样品槽(101)，每个样品槽的侧壁上设置有与样品槽对应的拉曼探测孔(102)，孔径与拉曼光谱仪探头(15)的直径相匹配。

3.根据权利要求2所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述样品槽下部为方形与圆形的组合槽，上部为圆形槽。

4.根据权利要求1所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述旋转样品台(1)的底端设置有一个向旋转运动机构方向延伸的凸台，所述凸台与旋转运动机构连接。

5.根据权利要求1所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述旋转运动机构包括输出轴上带有齿条的驱动电机III(2)、旋转台固定架(8)和内部设置有齿轮的旋转平台(9)，所述齿轮与齿条相配合；所述驱动电机III(2)固定在旋转台固定架上，通过齿轮与齿条的配合带动旋转平台转动。

6.根据权利要求5所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述直线运动机构包括X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构，所述X方向直线运动机构包括驱动电机II(4)、X位移台(7)和X位移固定架(3)，所述X位移台可滑动的设置于X位移固定架上，所述X位移台与旋转台固定架固定连接，所述驱动电机II固定在X位移固定架上，驱动电机II带动X位移台作往复直线运动；所述Y方向直线运动机构包括驱动电机I(18)、Y位移台(5)和Y位移固定架(6)，所述Y位移台与X位移固定架固定连接，所述驱动电机I固定在Y位移固定架上，所述Y位移台可滑动的设置在Y位移固定架上，所述驱动电机I带动Y位移台作往复直线运动。

7.根据权利要求1所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述多位阀控制机构包括多位阀(12)，所述多位阀的出口(10)与样品池连接，多位阀的进口(11)与待测水样连通。

8.根据权利要求1所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：还包括支撑架(17)、固定于支撑架上的用于固定多位阀的多位阀固定板(13)、固定于支撑架上用于固定拉曼光谱仪探头的探头固定板(16)。

9.根据权利要求6所述的多通道旋转式拉曼光谱检测样品池装置，其特征在于：所述驱动电机I或/和驱动电机II或/和驱动电机III上设置有旋转手柄，所述手柄用于控制电机轴的转动。

10.利用权利要求1～9任意一项所述的装置进行拉曼检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将待测水样引入到多位阀进口(11)中，然后开启多位阀(12)，按照检测顺序把水样注入到不同的样品池中；

2)开启旋转运动机构，调整旋转位移台(1)将待测水样的样品池对准拉曼光谱仪探头(15)，然后开启直线运动机构，调整样品池与拉曼光谱仪探头(15)的位置进行精确调焦；

3)通过拉曼光谱仪探头(15)将入射激光聚焦到样品池上，同时收集样品池中待测水样产生的拉曼光谱散射信号，并将拉曼信号送入拉曼光谱仪上位机进行分析处理；

4)检测完毕后转到旋转样品台(1)，切换到下一个待测样品位置。