CN106990094A - 高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 - Google Patents
高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106990094A CN106990094A CN201710331377.9A CN201710331377A CN106990094A CN 106990094 A CN106990094 A CN 106990094A CN 201710331377 A CN201710331377 A CN 201710331377A CN 106990094 A CN106990094 A CN 106990094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- high temperature
- fused salt
- object lens
- vaporization
- furnace
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 63
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 title claims description 37
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 title claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 76
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 7
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910021343 molybdenum disilicide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- -1 Raman spectrometer Chemical class 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 claims 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 abstract description 14
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003841 Raman measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000370 laser capture micro-dissection Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 55
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001131796 Botaurus stellaris Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 101710144202 Probable soluble pyridine nucleotide transhydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 238000001530 Raman microscopy Methods 0.000 description 1
- 101710165942 Soluble pyridine nucleotide transhydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000003694 hair properties Effects 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Abstract
本发明公开了一种用于原位测量高温挥发性腐蚀性熔盐的拉曼光谱的装置及方法，包括：DXR激光显微拉曼光谱仪(DXR‑Raman Microscope)及其配套长拐角物镜，并有外置加热炉(包含炉体，加热元件，热电偶，冷却水炉门，温控设备组成等部分)及石英密封坩埚。外置加热炉和石英坩埚的设计消除了挥发腐蚀性熔盐样品测试过程中样品量的限制且测量温度范围扩大至环境温度‑1873.5K，并且外置加热炉配合拉曼长拐角物镜使用可避免高温原位测试中高温及挥发性、腐蚀性熔盐对拉曼光学仪器的损伤。该发明方法简单，所需设备外置加热炉相对于拉曼光谱仪配套微型显微加热台成本低廉，且更适合挥发性腐蚀性熔盐的高温原位拉曼测量。
Description
技术领域
本发明属于拉曼光谱检查领域，涉及一种工业镁电解质熔盐体系理论基础研究用光谱测量设备，特别是涉及一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，具体说是一种结合DXR显微激光拉曼光谱及长拐角物镜使用的适用于高温挥发腐蚀性熔盐拉曼光谱测量的方法。
背景技术
镁质产品在国民经济、环境保护、功能材料和高技术领域有着广泛的应用，因此其开发利用引起业界的广泛关注。另一方面，我国属多盐湖国家，盐湖卤水中蕴含丰富的镁资源，老卤中的氯化镁可以通过电解生产金属镁，而产生的氯气又可以生产聚氯乙烯，这对于实现盐湖资源综合利用具有重要意义，而研究镁电解过程则是关键所在。
传统的镁电解电解质配比由经验和实验确定，但人们并不清楚电解质微观粒子相互作用，复杂熔盐体系一直是一个十分具有研究价值的研究方向，而近年来拉曼光谱在熔盐微观结构方面的研究具有重要的作用。高温卤化物熔盐腐蚀性和挥发性强，目前国内研制的显微热台和样品池抗腐蚀性和密闭性差，难以满足高温卤化物熔盐实验研究的需要，而国外显微热台造价极高，技术垄断，且热台样品腔小，这些都限制了高温卤化物熔盐的研究进展。
目前，在高温拉曼光谱实时监测领域，高温热台在拉曼光谱中应用的非常普遍。高温热台能把样品加热到不同的温度，通过拉曼光谱监测样品在不同温度下的谱图，使人们能够获得样品在不同温度下的分子结构信息。
经过研究学习国内外学者的高温拉曼测量工作，在现有的方法上进行改进，方便氯化物熔盐的高温拉曼光谱监测。国内东北大学胡宪伟老师发明提供一种高温挥发性熔盐Raman光谱测量用封闭样品池，达到避免挥发物的逸出影响待测熔盐的成分，从而提高测量精度。上海大学尤静林老师将显微热台集小型化和耐高温性能于一体而安装在光学载物台上，其样品池容易装样和清洗，保证高温熔盐低挥发。
国外研究熔盐体系采用无窗样品池。J.P.Young报道了一种无窗样品池并研究了MgCl4 –拉曼光谱结构的变化。B.Gilbert等人报道了对无窗样品池进行了改进，还报道了适用于这种无窗样品池的显微热台。
E.W.J Mitchel和C.Raptis设计的用于高温拉曼测量的炉子是外部缠绕的镍铬合金加热丝的氧化铝管子制成，包含在抽真空的圆柱形不锈钢室中，温度可达1100℃，使用Chromel-Alumel测量热电偶与管子下部接触，上部允许激光束进入及散射光离开。
综上所述，使用传统的原位拉曼测试设备对高温腐蚀性熔盐测试，其操作难度较大，成本较大，而效果不够理想。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种配合拉曼拐角物镜使用的高温挥发腐蚀性熔盐拉曼光谱测量方法及外置加热炉装置，扩大热台空间，增加样品池容量，使得高温挥发腐蚀性熔盐拉曼测试更为可行，提高测量安全性、精确性及方便性。其石英坩埚容易装样和清洗，密封性良好，能够保证高温熔盐低挥发气体不会逸出而腐蚀加热炉。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，包括拉曼光谱仪、拐角物镜、加热炉，所述拉曼光谱仪、拐角物镜和加热炉依次连接，其特征在于，所述加热炉为外置加热炉，
所述外置加热炉包括炉体4，在所述炉体4的侧面设置水冷炉门1，拐角物镜的探头伸入水冷炉门1的中心圆孔，所述水冷炉门1的中心圆孔与炉腔8的中心共轴；
在炉腔8的内部两侧设置加热元件7，在炉体4的顶端设置开孔，加热元件7的连接杆由所述开孔固定伸入所述炉腔8内；
在所述炉腔8的内部垂直向下设置用于测量炉内温度分布的热电偶10，在所述炉腔8的内上部靠近炉门位置设置有水平方向的热电偶5，用于测量加热炉门口温度；
加热元件7、热电偶5和热电偶10均与控制柜连接；
在所述炉腔8内下侧设置托物台6，所述托物台6距炉门一侧距离为零，用于激光进入照射样品上；在所述托物台6上设置石英坩埚9。
进一步，在所述炉体4的顶端开两孔。
进一步，所述加热元件7为U型，热电偶10位于两个U型加热元件中央，高度可调节。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，所述的冷却炉门1的中心圆孔为三阶圆孔，第一阶圆孔可放置拐角物镜调焦旋钮，第二阶圆孔仅可放置拐角物镜前部镜头，第三阶圆孔则用于放置厚度为1mm的蓝宝石玻片，所述的三阶圆孔皆为轴心水平布置，与所述的炉体空腔中心共轴。
进一步，与第三阶圆孔直角连接的冷却水进出口管3；在所述冷却炉门以中心轴线为圆心布置有盘管式冷却水管，用于迅速降低炉门温度。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，所述炉体4采用不对称设计，单侧满足长拐角物镜20-22mm的最大聚焦距离，且通过设计冷却水炉门使温度满足长拐角物镜的要求。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，加热元件7为U型二硅化钼棒。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，所述炉腔(8)为方形炉腔。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，所述石英坩埚9的上面设置用于防止腐蚀气体挥发的磨口石英塞12，石英坩埚9的单侧面设计有蓝宝石片视窗11，用于激光通过照射样品。
根据本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，炉膛材料为高温陶瓷纤维制品；炉体表面由钢板包裹，美观且便于拆装或调整加热元件7和热电偶5的位置，实现均匀加热，测温点可控。
本发明还提供一种应用上述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1、将预融好的样品放入坩埚中，调节坩埚在炉腔中的位置，确保激光照射到样品上；
2、打开冷却水，检测各个接口是否漏水，并安装炉门；
3、保证炉门中心孔与拉曼长拐角物镜中心同轴，通过微调精密XYZ三向载物台，在物镜中聚焦样品，固定炉体位置；
4、设置温控程序，可通过物镜实时观察样品形态变化，到达指定温度后，可采集样本，激光能量设置为10mW，狭缝宽度50mm-1；
5、采集完毕后迅速通过调节载物台后退炉腔，防止长拐角物镜置于高温下时间过长；
上述测试过程中，炉门通孔中心与样品中心始终在同轴，确保激光可直射至样品上。
发明详述：
一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，使用一种拉曼光谱原位测量装置，包括拉曼光谱仪，拐角物镜，外置加热炉(如图1-2所示)，特制石英坩埚9，激光由拉曼光谱仪发射产生，拐角物镜连接在拉曼光谱仪上将激光导出，拐角物镜探头伸入冷却水炉门中央孔洞，激光照射到装载样品的石英坩埚上，并通过原光路收集信号。
上述外置加热炉，还包括：炉体4、加热元件7、热电偶5、水冷炉门1、程序控温仪表(控制柜)，加热元件及热电偶分别通过导线连接至控制柜的变压器及AI人工智能板。
上述炉体4采用不对称设计，单侧满足长拐角物镜20-22mm的最大聚焦距离，且通过设计冷却水炉门使温度满足长拐角物镜的要求，
上述加热元件7采用二硅化钼，高温抗氧化性可达1600℃，且耐大部分酸，在局部过热的情况下也可以正常加热，适用于腐蚀性熔盐体系，
上述水冷炉门1采用特殊设计，既可以满足物镜聚焦距离要求，又可以在较高温度下将物镜周围环境温度降至100℃以下，
特制石英坩埚9，设计有磨口石英塞12，防止腐蚀气体挥发，单侧设计有蓝宝石片视窗11，用于激光通过照射样品。
进一步，所述的水冷炉门1圆心与所述的炉腔中心共轴。
进一步，所述的冷却炉门1的的中心圆孔为三阶圆孔，所述一阶圆孔可放置拐角物镜调焦旋钮，所述的二阶圆孔仅可放置拐角物镜前部镜头，三阶圆孔则用于放置厚度为1mm的蓝宝石玻片，
所述的三阶圆孔皆为轴心水平布置，与所述的炉体空腔中心共轴。
根据本发明所述一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，在封闭炉顶的两侧开孔，加热元件连接杆由开孔固定伸入所述方形炉腔8内，即附图中加热元件7的位置，两侧加热，并在不同高度安装垂直向下热电偶10测量炉内温度分布，以及水平方向测量炉门口温度的热电偶5。
根据本发明所述一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，
炉膛材料为优质的高温陶瓷纤维制品，热稳定性好，导热率低，极大地提高了电炉的升温速率；
炉体表面由钢板包裹，美观且便于拆装或调整加热元件7和热电偶5的位置，实现均匀加热，测温点可控等问题；
本发明还提供一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，包括炉体和围绕所述炉体安装的耐火材料制成的保温层，
外置加热炉包括：
方形炉腔，
设置于方形炉腔下侧的托物台6，距炉门一侧距离为零，用于激光进入照射样品上，
设置于方形炉腔两侧的加热元件为U型7，用于实现腔体内均匀加热，热流稳定，
方形炉腔内上部靠近炉门位置设置有热电偶采用Pt-PtRh10材料热电偶测量最低温度，冷却炉门与所述方形炉腔中心共轴的一阶圆孔和设置于二阶圆孔、直径仅为5mm的三阶圆孔，
与三阶圆孔直角连接的冷却水进出口管3；
在所述三阶冷却炉门以中心轴线为圆心布置有盘管式冷却水管(如工程图)，用于迅速降低炉门温度，
从所述冷却炉门圆孔入口2伸入拐角物镜，激光通过两层厚度为1mm的蓝宝石玻片照射进入，直接照射到坩埚内熔融熔盐上，拉曼信号通过进入光路返回。
根据本发明所述一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，所述高温外置加热炉的炉门冷却装置可以满足拉曼拐角物镜使用温度和聚焦距离要求。拐角物镜聚焦距离为22mm,使用温度在100℃以下。所以要求炉体内石英坩埚壁厚度及保温层冷却水壁厚度加合起来不超过17.5mm，以此为调焦留出余量。
根据本发明所述一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，所述的冷却水炉门有三阶圆孔，可以使激光直接透过，减少光的能量损失；在保温层的相同位置配有高精度可拆卸石英玻璃片(厚度为1mm)，透光隔热，若部分样品拉曼信号较弱，透过石英玻璃片激光能量衰减显著，若影响测试，可根据需要将石英玻璃片取下；炉门可拆卸，可按照需求更换炉门，以满足不同使用条件。
根据本发明所述一种用于高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法，一种挥发性熔盐拉曼光谱测量石英坩埚，由一根石英管削去一面烧结厚度为1mm的光学精密石英玻璃或蓝宝石玻片，其中底部一端封闭，内孔能容置样品；上部通过磨砂塞密封，封口处通过涂抹高温水泥二次密封。
本发明的高温挥发性熔盐Raman光谱仪测量用封闭样品池，能够用于高温挥发性熔盐如不同摩尔比的氯化物熔盐等的Raman光谱分析，本发明方法能避免挥发物的逸出影响待测熔盐的成分，从而提高Raman光谱的测定精度。
本发明提供的配合拉曼拐角物镜使用的高温挥发腐蚀性熔盐拉曼光谱测量外置加热炉及石英坩埚，包括炉体、加热元件、热电偶、冷却水炉门、温控设备装置，其特征在于：
(1)所述的加热装置是由两根二硅化钼加热棒组成的；
(2)所述的保护装置是一个套在所述的加热装置外部的耐热高温陶瓷纤维；
(3)所述的保温层外有一个不锈钢外壳，容置所述的耐热保护套管。
(4)上述的炉体为一端侧面开门的正方体，冷却水炉门由两层组成，一层为带极小通光孔的隔热板，一层为带通孔的冷却水装置。
(5)上述的炉门与炉体紧密连接，可拆卸。
(6)所述的样品坩埚由石英管制成，一面烧制光学玻璃片在上面，上端通过磨砂口密封，外部再次通过高温水泥密封。
一种与上述的DXR拉曼测量仪器及拐角物镜相匹配使用的高温挥发腐蚀性熔盐的测量方法，由一端极薄隔热板和冷却水组成的炉门，使得对温度和聚焦距离有极高要求的拐角物镜进行高温拉曼实验测量可行；突破该型号仪器高温下测量的局限性；特殊的石英坩埚设计使得增加样品测量量的同时提高了样品池密封性。拉曼测试时，具体操作方法如下：
1、将预融好的样品放入坩埚中，调节坩埚在炉腔中的位置，确保激光照射到样品上；
2、打开冷却水，检测各个接口是否漏水，并安装炉门；
3、保证炉门中心孔与拉曼长拐角物镜中心同轴，通过微调精密XYZ三向载物台，在物镜中聚焦样品，固定炉体位置；
4、设置温控程序，可通过物镜实时观察样品形态变化，到达指定温度后，可采集样本，激光能量设置为10mW(最大)，狭缝宽度50mm-1；
5、采集完毕后迅速通过调节载物台后退炉腔，防止长拐角物镜置于高温下时间过长。
上述测试过程中，炉门通孔中心与样品中心始终在同轴，确保激光可直射至样品上，微弱振动均可引起聚焦变化，从而影响测试结果。本发明的显微热台集样品腔多样化和耐高温于一体，内部的温度均匀，易于调节。本发明的样品池容易装样和清洗，设计独特，抗腐蚀，能保证高温熔盐低挥发，且适合拉曼光谱的测量光路。
本发明的有益效果：
本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，由炉体、加热元件、热电偶、冷却水炉门、温控设备装置组成，冷却水炉门中央有通孔，可容置拐角物镜。显微热台内部结构紧凑，所以温度梯度小，加热装置为二硅化钼加热棒，加热温度高，利于长时间高温加热。本发明的样品池为特殊设计石英坩埚，容易装样和清洗，石英坩埚抗腐蚀，能保证高温熔盐低挥发，适合拉曼光谱测量光路。测量方法简单易行，且突破了原有设备的局限性，增大了高温样品腔空间，坩埚选择性等，降低了仪器成本，测试过程中对仪器影响甚微，且效果较好。
附图说明
图1为本发明所述外置加热炉的右视剖面图。
图2为本发明所述外置加热炉的正视剖面图。
图3为石英坩埚结构示意图。
图4为本发明所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置配置图。
图5为应用本发明方法测得的NaNO3高温Raman光谱与常温拉曼光谱。
图6为应用本发明方法测得的CaCl2高温Raman光谱与常温拉曼光谱。
其中：
1-水冷炉门，2-炉门圆孔入口，3-冷却水进出口管，4-炉体，5-热电偶，6-托物台，7-加热元件，8-炉腔，9-石英坩埚，10-热电偶，11-蓝宝石片视窗，12-石英塞，13-拉曼激光器，14-载物台，15-长拐角物镜，16-保温层，17-隔热板，18-外置加热炉，19-控制柜。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供的高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，包括拉曼光谱仪、拐角物镜、加热炉，所述拉曼光谱仪、拐角物镜和加热炉依次连接，所述加热炉为外置加热炉，
所述外置加热炉包括炉体4，在所述炉体4的侧面设置水冷炉门1，拐角物镜的探头伸入水冷炉门1的中心圆孔，所述水冷炉门1的中心圆孔与炉腔8的中心共轴；在炉腔8的内部两侧设置加热元件7，在炉体4的顶端设置两开孔，U型加热元件7的连接杆由所述开孔固定伸入所述炉腔8内；在所述炉腔8的内部垂直向下设置用于测量炉内温度分布的热电偶10，热电偶10位于两个U型加热元件中央，高度可调节；在所述炉腔8的内上部靠近炉门位置设置有水平方向的热电偶5，用于测量加热炉门口温度；加热元件7、热电偶5和热电偶10均与控制柜连接；在所述炉腔8内下侧设置托物台6，所述托物台6距炉门一侧距离为零，用于激光进入照射样品上；在所述托物台6上设置石英坩埚9。
本发明所述的DXR拉曼测量仪器及拐角物镜相匹配使用的高温挥发腐蚀性熔盐的测量方法，由一端极薄隔热板和冷却水组成的炉门，使得对温度和聚焦距离有极高要求的拐角物镜进行高温拉曼实验测量可行；突破该型号仪器高温下测量的局限性；特殊的石英坩埚设计使得增加样品测量量的同时提高了样品池密封性。拉曼测试时，具体操作方法如下：
1、将预融好的样品放入坩埚中，调节坩埚在炉腔中的位置，确保激光照射到样品上；
2、打开冷却水，检测各个接口是否漏水，并安装炉门；
3、保证炉门中心孔与拉曼长拐角物镜中心同轴，通过微调精密XYZ三向载物台，在物镜中聚焦样品，固定炉体位置；
4、设置温控程序，可通过物镜实时观察样品形态变化，到达指定温度后，可采集样本，激光能量设置为10mW(最大)，狭缝宽度50mm-1；
5、采集完毕后迅速通过调节载物台后退炉腔，防止长拐角物镜置于高温下时间过长。
上述测试过程中，炉门通孔中心与样品中心始终在同轴，确保激光可直射至样品上，微弱振动均可引起聚焦变化，从而影响测试结果。本发明的显微热台集样品腔多样化和耐高温于一体，内部的温度均匀，易于调节。本发明的样品池容易装样和清洗，设计独特，抗腐蚀，能保证高温熔盐低挥发，且适合拉曼光谱的测量光路。
实施例1
本发明装置在测量硝酸盐熔体谱图实施应用，得到的谱图效果很好，纯熔盐NaNO3的三种特征拉曼位移分别为102cm-1,190cm-1,725cm-1,1069cm-1,1387cm-1，符合目前许多研究者公认的硝酸钠熔体的谱图。如图5所示。
实施例2
本发明装置在测量CaCl2谱图实施应用，得到的谱图效果较好好，上图为室温下测量结果，如图6为800℃高温下测量结果。
Claims (10)
1.高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，包括拉曼光谱仪、拐角物镜、加热炉，所述拉曼光谱仪、拐角物镜和加热炉依次连接，其特征在于，所述加热炉为外置加热炉，
所述外置加热炉包括炉体(4)，在所述炉体(4)的侧面设置水冷炉门(1)，拐角物镜的探头伸入水冷炉门(1)的中心圆孔，所述水冷炉门(1)的中心圆孔与炉腔(8)的中心共轴；
在炉腔(8)的内部两侧设置加热元件(7)，在炉体(4)的顶端设置开孔，加热元件(7)的连接杆由所述开孔固定伸入所述炉腔(8)内；
在所述炉腔(8)的内部垂直向下设置用于测量炉内温度分布的热电偶(10)，在所述炉腔(8)的内上部靠近炉门位置设置有水平方向的热电偶(5)，用于测量加热炉门口温度；
加热元件(7)、热电偶(5)和热电偶(10)均与控制柜连接；
在所述炉腔(8)内下侧设置托物台(6)，所述托物台(6)距炉门一侧距离为零，用于激光进入照射样品上；在所述托物台(6)上设置石英坩埚(9)。
2.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，在所述炉体(4)的顶端开两孔。
3.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，所述加热元件(7)为U型，热电偶(10)位于两个U型加热元件中央，高度可调节。
4.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，所述的冷却炉门(1)的中心圆孔为三阶圆孔，第一阶圆孔可放置拐角物镜调焦旋钮，第二阶圆孔仅可放置拐角物镜前部镜头，第三阶圆孔则用于放置厚度为1mm的蓝宝石玻片，所述的三阶圆孔皆为轴心水平布置，与所述的炉体空腔中心共轴。
5.根据权利要求4所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，与第三阶圆孔直角连接的冷却水进出口管(3)；在所述冷却炉门以中心轴线为圆心布置有盘管式冷却水管，用于迅速降低炉门温度。
6.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，所述炉体(4)采用不对称设计，单侧满足长拐角物镜20-22mm的最大聚焦距离，且通过设计冷却水炉门使温度满足长拐角物镜的要求。
7.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，加热元件(7)为U型二硅化钼棒。
8.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，所述石英坩埚(9)的上面设置用于防止腐蚀气体挥发的磨口石英塞(12)，石英坩埚(9)的单侧面设计有蓝宝石片视窗(11)，用于激光通过照射样品。
9.根据权利要求1所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置，其特征在于，炉膛材料为高温陶瓷纤维制品；炉体表面由钢板包裹，美观且便于拆装或调整加热元件(7)和热电偶(5)的位置，实现均匀加热，测温点可控。
10.应用权利要求1-9所述高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将预融好的样品放入坩埚中，调节坩埚在炉腔中的位置，确保激光照射到样品上；
(2)打开冷却水，检测各个接口是否漏水，并安装炉门；
(3)保证炉门中心孔与拉曼长拐角物镜中心同轴，通过微调精密XYZ三向载物台，在物镜中聚焦样品，固定炉体位置；
(4)设置温控程序，可通过物镜实时观察样品形态变化，到达指定温度后，可采集样本，激光能量设置为10mW，狭缝宽度50mm-1；
(5)采集完毕后迅速通过调节载物台后退炉腔，防止长拐角物镜置于高温下时间过长；
上述测试过程中，炉门通孔中心与样品中心始终在同轴，确保激光可直射至样品上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710331377.9A CN106990094B (zh) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | 高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710331377.9A CN106990094B (zh) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | 高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106990094A true CN106990094A (zh) | 2017-07-28 |
| CN106990094B CN106990094B (zh) | 2019-09-20 |
Family
ID=59417804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710331377.9A Active CN106990094B (zh) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | 高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106990094B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108279206A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-13 | 中山大学 | 一种高温熔盐腐蚀试验系统 |
| CN109540870A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-03-29 | 大连齐维科技发展有限公司 | 共聚焦拉曼光谱仪反应池 |
| CN112858414A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-28 | 北京科技大学 | 一种熔盐电化学多功能原位表征装置及使用方法 |
| CN113916765A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-01-11 | 中国石油大学(华东) | 一种原位加热式拉曼-电化学反应装置 |
| CN114674870A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010044129A1 (en) * | 2000-03-14 | 2001-11-22 | Jian Ling | Methodology of using raman imaging microscopy for evaluating drug action within living cells |
| CN201780270U (zh) * | 2010-05-13 | 2011-03-30 | 董闽沈 | 用于测量挥发性熔盐的激光拉曼光谱的高温热台 |
| CN102590253A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-18 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种高温熔盐同步辐射原位研究装置 |
| CN104792745A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-07-22 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种浊度仪 |
-
2017
- 2017-05-11 CN CN201710331377.9A patent/CN106990094B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010044129A1 (en) * | 2000-03-14 | 2001-11-22 | Jian Ling | Methodology of using raman imaging microscopy for evaluating drug action within living cells |
| CN201780270U (zh) * | 2010-05-13 | 2011-03-30 | 董闽沈 | 用于测量挥发性熔盐的激光拉曼光谱的高温热台 |
| CN102590253A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-18 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种高温熔盐同步辐射原位研究装置 |
| CN104792745A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-07-22 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种浊度仪 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 廖远琰 等: "激光Raman多相催化原位光谱样品池", 《化学物理学报》 * |
| 胡宪伟 等: "电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用", 《冶金分析》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108279206A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-13 | 中山大学 | 一种高温熔盐腐蚀试验系统 |
| CN109540870A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-03-29 | 大连齐维科技发展有限公司 | 共聚焦拉曼光谱仪反应池 |
| CN112858414A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-28 | 北京科技大学 | 一种熔盐电化学多功能原位表征装置及使用方法 |
| CN113916765A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-01-11 | 中国石油大学(华东) | 一种原位加热式拉曼-电化学反应装置 |
| CN114674870A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法 |
| CN114674870B (zh) * | 2022-04-07 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学 | 高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106990094B (zh) | 2019-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106990094A (zh) | 高温挥发腐蚀性熔盐的拉曼光谱原位测量方法及测量装置 | |
| CN103776973B (zh) | 一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法 | |
| CN106680308A (zh) | 一种气氛激光加热原位热冲击/疲劳试验装置 | |
| CN105445321B (zh) | 一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置 | |
| CN203786068U (zh) | 一种实验用可视化双向点火燃烧室 | |
| CN109211438A (zh) | 一种原位观察连铸保护渣相变过程热流密度的装置及方法 | |
| CN109001254A (zh) | 一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法 | |
| CN106248726A (zh) | 抗氧化涂层在500～2300℃区间热震/热疲劳性能和辐射特性测试装置 | |
| CN203758944U (zh) | 纺织品蓄热及保暖性能测试仪 | |
| CN105241915B (zh) | 一种测试高温冶金渣性能的装置的应用方法 | |
| CN109855982A (zh) | 一种液化石油气气瓶燃爆试验装置及试验方法 | |
| CN102840930A (zh) | 管道内部温度测量装置 | |
| CN109856178A (zh) | 不透明材料高温多区域光谱发射率测量系统 | |
| CN109444215A (zh) | 非稳态超高温隔热性能试验装置及试验方法 | |
| CN205786056U (zh) | 一种测量沥青表面自由能的试件制备装置 | |
| CN104133505A (zh) | 一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置 | |
| CN203881446U (zh) | 红外测温设备离线比对装置 | |
| CN112858414B (zh) | 一种熔盐电化学多功能原位表征装置及使用方法 | |
| CN110082372A (zh) | 一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置 | |
| CN209640268U (zh) | 非稳态超高温隔热性能试验装置 | |
| CN102519604A (zh) | 炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法 | |
| CN105987929A (zh) | 一种一次二次短路试验箱 | |
| CN109036073A (zh) | 一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法 | |
| CN209979473U (zh) | 一种适用于原位光学显微观测和光谱分析的高温管式炉 | |
| CN104990786A (zh) | 渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |