CN105823731A - 高效光谱检测仪样品室 - Google Patents

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吴松楠
陈迎曦
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Nanjing core light union Intelligent Technology Co., Ltd.
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Abstract

本发明涉及一种高效光谱检测仪样品室，包括有样品室本体，其中：样品室本体为球体，样品室本体上设置有激发光入口、信号光出口、样品室连接口。同时，样品室本体内设置有光学漫反射内表面构造，样品室本体内设置有样品室内胆，样品室内胆上设置有样品注入口、样品流出口。由此，能够满足气体、液体的盛放测试需要，实现测试样品的多元化。并且，可有效提高样品与激发光的相互作用并放大光谱信号，从而提高光谱信号强度并降低信号噪声。再者，整体构造简单，易于装配制造，便于维护，可以配合各种光谱检测仪对样品室内的样品进行光谱检测和分析。

Description

高效光谱检测仪样品室
技术领域
本发明涉及一种样品室，尤其涉及一种高效光谱检测仪样品室。
背景技术
光谱检测作为一种快速、准确、无损的检测手段被广泛应用于各种科研和生产工作当中。在检测过程中，通常是用特定的激发光照射样品，样品与激发光作用，再通过光谱仪检测其透射光、反射光、散射光。检测结果的准确性除了受到设备的灵敏度、可靠性和数据分析的准确性影响以外还极大的依赖于样品的制备。通常固体样品密度大并与激发光的作用强烈，因此光谱信号强、噪声低，检测结果更为准确。大部分气体、液体密度较低，与激发光的作用比较弱，因此光谱信号也比较弱，影响了检测结果的准确性。
在现有的实施方式中，为了得到较为准确的气体、液体光谱检测结果，通常在实验时需要提供大量的样品，再经过特殊的样品处理(例如将气体样品液化)，然后用极强的激发光照射样品来得到一定的信号强度。同时，需要再利用极为灵敏的光谱仪进行检测。
由此，这样的传统检测方法不仅浪费了大量的样品，过强的激发光也很容易将样品烧坏，高灵敏度的光谱仪也提高了实验的成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高效光谱检测仪样品室。
本发明的高效光谱检测仪样品室，包括有样品室本体，其中：所述样品室本体为球体，所述样品室本体上设置有激发光入口、信号光出口、样品室连接口，所述样品室本体内设置有光学漫反射内表面构造，所述样品室本体内设置有样品室内胆，所述样品室内胆上设置有样品注入口、样品流出口。
进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述光学漫反射内表面构造(5)为光学漫反射涂层，所述光学漫反射涂层为水性丙烯酸涂料，或是硫酸钡涂料，或是聚四氟乙烯涂料固化构成的涂膜。。
更进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述光学漫反射内表面构造包括有基层，所述基层上分布有若干多面体结构。
更进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述多面体结构为立方体、棱锥、棱柱中的一种或是多种结合。
更进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述激发光入口、信号光出口、样品室连接口、样品注入口、样品流出口，为敞开式开口；
或是，所述激发光入口、信号光出口、样品室连接口、样品注入口、样品流出口，均设有独立的盖体，所述盖体能透过激发光和/或是信号光。
更进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述盖体为普通玻璃盖体，或是为有机玻璃盖体，或是为石英玻璃盖体，或是为电熔石英玻璃盖体，或是为锗玻璃盖体。
再进一步地，上述的高效光谱检测仪样品室，其中，所述样品室内胆能透过激发光和信号光，所述样品室内胆为普通玻璃内胆，或是为有机玻璃内胆，或是为石英玻璃内胆，或是为电熔石英玻璃内胆，或是为锗玻璃内胆。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、能够满足气体、液体的盛放测试需要，实现测试样品的多元化。
2、能够有效提高样品与激发光的相互作用并放大光谱信号，从而提高光谱信号强度并降低信号噪声。
3、整体构造简单，易于装配制造，便于维护，可以配合各种光谱检测仪对样品室内的样品进行光谱检测和分析。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是高效光谱检测仪样品室的结构示意图。
图2是光学漫反射内表面构造的结构示意图。
图3是将样品室本体简单描述为封闭空球的结构示意图。
图4是样品室的光路工作示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1样品室本体2激发光入口
3信号光出口4样品室连接口
5光学漫反射内表面构造6样品室内胆
7样品注入口8样品流出口
9基层10立方体
11棱锥12棱柱
13盖体
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至4的高效光谱检测仪样品室，包括有样品室本体1，其与众不同之处在于：样品室本体1为球体，样品室本体1上设置有激发光入口2、信号光出口3、样品室连接口4。同时，为了能够有效提升光辐射效果，在样品室本体1内设置有光学漫反射内表面构造5。并且，考虑到后续送样检测的便利，在样品室本体1内设置有样品室内胆6，样品室内胆6上设置有样品注入口7、样品流出口8。
结合本发明一较佳的实施方式来看，可采用光学漫反射涂层构成光学漫反射内表面构造5。具体来说，为了便于制造，光学漫反射涂层为水性丙烯酸涂料固化构成的涂膜。并且，在实际实施时，还可采用其他光学漫反射特性的材料来构成该涂膜，可包括硫酸钡涂料，或是聚四氟乙烯涂料。
同时，亦可以采用非涂层式的结构件实现有效的漫反射。具体来说，该类光学漫反射内表面构造5包括有基层9，基层9上分布有若干多面体结构。为了能够提升漫反射效果，实现均匀辐照，本发明所涉及的多面体结构为立方体10、棱锥11、棱柱12中的一种或是多种结合。
进一步来看，为了实现快速送样、取样的检测需要，激发光入口2、信号光出口3、样品室连接口4、样品注入口7、样品流出口8，为敞开式开口。换句话说，这类敞开式开口类似空洞构造，实际的造型、口径可根据后续的使用需求来进行配置。当然，考虑到某些特殊检测需要，期望能提供有效的密闭空间，在激发光入口2、信号光出口3、样品室连接口4、样品注入口7、样品流出口8，均设有独立的盖体13。并且，本发明采用的盖体13能透过激发光和/或是信号光。具体来说，一般盖体13的制造材料可以使用普通玻璃或有机玻璃。若有更高要求，在紫外到近红外波段可以用石英玻璃，在红外波段可以用电熔石英玻璃或锗玻璃。
再进一步来看，考虑到样品室内胆6内放置的待检测物能够被激发光和信号光正常辐照，不影响检测效果，样品室内胆6能透过激发光和信号光。具体来说，构成样品室内胆6的材质可以是普通玻璃，或是为有机玻璃，或是为石英玻璃，或是为电熔石英玻璃，或是为锗玻璃。
本发明的工作原理如下：
可将样品室本体简单描述为封闭空球，其横截面示意图如图3所示。其中，dA1和dA2为内表面的两个无限小面元，两个面元的距离为S，球的半径为R，并且球的半径方向即为面元的法向，半径R与距离S间的夹角为a。
这里，假设面元具有理想漫反射Lambertian的特性。换句话说，面元在任意方向单位立体角内的光辐射正比于cos(a)。其中，a为面元法向与出射光方向的加角，总发光量正比于π。而且，实际应用当中一般粗糙平面的情况与此非常相近。由此，面元dA1发射的光被面元dA2接收的比例为
由此可见，圆球内任何一面元从任何另一面元所接收到的光辐射相同，其与角度无关，与发射面元无关。如果将无限小面元dA2换成有限大小的面积A2，则上面的结果变为面积A2接收光的比例为其中AS为球的面积。由此不难看出，如果以漫反射(实际应用中为粗糙面)面构成球的内表面，其内部任何面元上接收到的光辐射是相同的，即均匀的。
结合图4所示的样品室示意图来看。其中Ai为激发光入射口，Ae为信号光出射口，A为激发光直射面积，AS为球内表面面积，ρ为反射率，Fi为激发光通量。同样假设面元具有理想漫反射Lambertian的特性，则被照面积A的亮度公式为其中π是归一常数。
假设Ai和Ae的面积与AS相比较小，并且设球内表面为理想漫反射，根据先前图3的具体描述，球内表面各处接收到的光辐射相同，则经过一次漫反射后球内表面接收到的总光通量为其中f为Ai和Ae的面积和与球表面面积AS的比例。
同理，第n次反射后产生的球内表面接收到的总光通量为Fiρn(1-f)n。将n次反射产生的球内表面接收到的总光通量相加得到这里假设f＜1(通常小于10％)。
因此，球内表面的亮度为其中由此可见经过多次漫反射后内表面的亮度从刚开始的提升到即提升了M倍。
举例来说，当f为5％(激发光入射口和为信号光出射口的面积占球总面积比例)，反射系数为98％时，M为14，即信号强度提升了14倍，这归结与光在球内表面的多次反射。
结合实际使用来看，应用以上原理到本发明所提供的球形样品室上，一束低功率的激发光(或探测光)，在球内表面经过多次反射，亮度提高14倍，可以激发更多的样品光谱信号。同理，一定的样品光谱信号经过多次反射也放大了14倍，两者相乘所得到的信号将是原来的196倍。因此，这种样品室可以有效提高便携测量设备的信号收集效率和测量精度。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，本发明拥有如下优点：
1、能够满足气体、液体的盛放测试需要，实现测试样品的多元化。
2、能够有效提高样品与激发光的相互作用并放大光谱信号，从而提高光谱信号强度并降低信号噪声。
3、整体构造简单，易于装配制造，便于维护，可以配合各种光谱检测仪对样品室内的样品进行光谱检测和分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.高效光谱检测仪样品室，包括有样品室本体(1)，其特征在于：所述样品室本体(1)为球体，所述样品室本体(1)上设置有激发光入口(2)、信号光出口(3)、样品室连接口(4)，所述样品室本体(1)内设置有光学漫反射内表面构造(5)，所述样品室本体(1)内设置有样品室内胆(6)，所述样品室内胆(6)上设置有样品注入口(7)、样品流出口(8)。
2.根据权利要求1所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述光学漫反射内表面构造(5)为光学漫反射涂层，所述光学漫反射涂层为水性丙烯酸涂料，或是硫酸钡涂料，或是聚四氟乙烯涂料固化构成的涂膜。
3.根据权利要求1所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述光学漫反射内表面构造(5)包括有基层(9)，所述基层(9)上分布有若干多面体结构。
4.根据权利要求3所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述多面体结构为立方体(10)、棱锥(11)、棱柱(12)中的一种或是多种结合。
5.根据权利要求1所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述激发光入口(2)、信号光出口(3)、样品室连接口(4)、样品注入口(7)、样品流出口(8)，为敞开式开口；
或是，所述激发光入口(2)、信号光出口(3)、样品室连接口(4)、样品注入口(7)、样品流出口(8)，均设有独立的盖体(13)，所述盖体(13)能透过激发光和/或是信号光。
6.根据权利要求1所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述盖体(13)为普通玻璃盖体，或是为有机玻璃盖体，或是为石英玻璃盖体，或是为电熔石英玻璃盖体，或是为锗玻璃盖体。
7.根据权利要求1所述的高效光谱检测仪样品室，其特征在于：所述样品室内胆(6)能透过激发光和信号光，所述样品室内胆(6)为普通玻璃内胆，或是为有机玻璃内胆，或是为石英玻璃内胆，或是为电熔石英玻璃内胆，或是为锗玻璃内胆。
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