CN109932321A - 一种流体光谱分析取样装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体光谱分析取样装置及其工作方法，其结构为流路耐压密封腔体结构，比色皿同心置于壳体内，且卡设于上、下出水接头中间；其上、下出水接头通过螺纹与壳体连结固定。通过安装孔内光程长微调定位功能的发射及接收光路器件布局实现光谱分析，再经后期程序控制实现流体参数的检测，光谱检测误差小。其安装孔设有多个，可据检测功能及光谱原理选择不同光路器件布局，达到分析取样目的。本发明可通过进、出水接头直接与管路连结实现在线检测功能；同时也可通过更换接头结构，添加流体到比色皿内实现离线检测的功能，检测完成后可通过阀门直接将液体排出。该流体光谱分析取样装置结构简单、紧凑、满足多种光谱分析的要求和工况需求。
Description
技术领域
本发明涉及流体光谱检测技术领域，具体涉及一种流体光谱分析取样装置及其工作方法。
背景技术
光谱法依据物质与辐射相互作用的性质，一般分为发射光谱法、吸收光谱法、拉曼散射光谱法三种类型；其中当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量能满足M+hv→M*的关系时，将产生吸收光谱：通过测量物质对辐射吸收的波长和强度进行分析的方法叫做吸收光谱法。其主要包括紫外-可见分光光度法、原子吸收光谱法、红外光谱法、顺磁共振波谱法等。频率为V0的单色光照射到透射物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，他的能量也发生变化，则成为Raman散射。这种散射光的频率(Vm)与入射光的频率不同，成为Raman位移。Raman位移的大小与分子的震动和转动的能量级有关，利用Raman位移研究物质结构的方法成为Raman光谱法。
现代光谱分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，得到国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。现代光谱分析是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的一种分析方法。随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，光谱分析在工业领域中的应用全面展开，在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益。如用紫外分光光度法测水质TOC、红外光谱法测水质浊度及拉曼光谱测酒中邻苯二甲酸二已脂等。
鉴于光谱分析的原理，样品采集单元成为光谱检测必不可少的组成部分。其中比色皿最佳光程长的选取尤为重要，直接影响到光谱检测误差，但精确的最佳光程往往很难实现。而且样品采集单元的结构复杂程度决定装置的尺寸及检测精度，其操作方式决定了光谱分析的使用工况及领域。取样装置的光程长微调定位精确化、简单化、紧凑化、多功能化、多适用范围成为取样装置必须考虑的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种流体光谱分析取样装置及其工作方法，采用合理紧凑的结构布局，实现比色皿光程长微调定位精确化，满足多种光谱检测取样需求的同时，充分考虑流路连结工艺，解决光谱检测中取样装置的不足。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种流体光谱分析取样装置，整体结构为流体耐压密封腔体结构，包括壳体、比色皿和上、下端头、器件座、锁扣等。其中，所述比色皿同心置于壳体内，且竖立卡设于上、下端头之间；
所述上、下端头匹配嵌入壳体上下两端的凹槽中固连，上端头或下端头的中心位置开设有水样进口，与所述比色皿形成一液体流通腔道；拆装固定方便。
位于所述比色皿外侧的壳体上开设有数个贯穿的安装孔，所述安装孔内设有同心安装的器件座。所述器件座上设有同心安装的锁扣。所述器件座内孔放置有光谱发射和接收装置，所述光谱发射和接收装置连接有控制模块。安装孔用于安装器件座和光路器件组体，且可根据光谱检测原理所需角度选择安装孔。
进一步的，所述上、下端头分别为出水接头、进水接头，所述进水接头的中心位置设有进水口，所述出水接头的中心位置设有出水口。
进一步的，所述出水接头、进水接头通过包括快插在内的方式与待测液体管路连接，其优点是极易与管路连结。
进一步的，所述上、下端头分别为封盖、堵头，所述封盖的中心位置设有加液口。所述堵头设有内孔且与阀门通过螺纹连接。出水接头、进水接头可通过封盖和堵头替换，满足人为加液离线检测需求。通过阀门的关闭、开启实现流体的加液、排液过程切换。
比色皿卡设于出水接头与进水接头中间，也可卡设于封盖与堵头中间，形成两种检测管路结构。
进一步的，所述上、下端头通过螺纹分别与壳体连接固定。
进一步的，所述上、下端头与所述比色皿之间分别设有O型圈，保证腔体耐压不渗漏。
进一步的，所述比色皿为高透射性石英材料，其截面形状包括圆型、正方形、正八边形。其优点是价格低廉，透射好，易清洗。
进一步的，所述器件座与安装孔通过螺纹配合连接且可在安装孔内通过旋转移动。
进一步的，所述锁扣与器件座通过螺纹配合连接且可在器件座外旋转移动。
上述的比色皿光程微调定位功能，具体方法如下：器件座与内部设置的光路器件组件，通过器件座的外螺纹和安装孔内内螺纹的旋转移动，改变光路器件(光谱发射和接收装置)与比色皿间的距离从而达到光程微调功能。进而通过锁扣内螺纹与器件座外螺纹的旋转移动，通过锁扣与壳体外壁的摩擦，实现器件座的定位锁紧功能。
上述的流体光谱分析取样装置的工作方法，具体步骤如下：待测流体从上、下端头上的水样进口进入比色皿中，通过比色皿外侧与安装孔同心设置的器件座内发射和接收装置及后续控制模块实现流体参数检测。通过器件座内发射及接收的光路器件布局实现光谱分析，再经后期程序控制实现流体参数的检测。
进一步的，通过进、出水接头直接与管路连结实现在线检测功能，具体为：在线检测工况下，通过进水接头和出水接头与待测流路快速连结，待测流体通过进水口进入比色皿，经过出水口排出；当待测流体流经比色皿时，通过比色皿外侧与安装孔同心设置的器件座内发射和接收装置及后续控制模块实现同步水质检测。
进一步的，通过添加待测流体到比色皿内实现离线检测的功能，具体为：离线检测工况下，将待测流体通过加液口注入比色皿，当待测流体浸满比色皿时，通过比色皿外侧与安装孔同心设置的器件座内发射和接收装置及后续控制模块实现水质检测。待检测结束后通过阀门将流体排空。
有益效果：本发明的一种流体光谱分析取样装置及其工作方法，具有如下优点：
(1)比色皿光程长可微调定位，满足多种光谱检测的取样需求(红外，紫外，拉曼光谱等)。
(2)可满足在线和离线的检测，检测精确性高；
(3)结构简单，光路器件布局合理与管路连接方便，使用范围广；
(4)采用高透射比色皿，易清洗、更换。
附图说明
图1为本发明流体光谱分析取样装置的主视剖视图。
图2为本发明流体光谱分析取样装置的主视剖视图方案Ⅱ。
图3为本发明流体光谱分析取样装置的俯视剖视图。
图4为本发明流体光谱分析取样装置的比色皿截面示意图。
图中，1、出水接头；2、出水口；3、O型圈；4、比色皿；5、进水接头；6、进水口；7、安装孔；8、堵头；9、封盖；10、加液口；11、壳体；12、阀门；13、器件座；14、锁扣。
具体实施方式
本发明公开了一种流体光谱分析取样装置及其工作方法，包括壳体、比色皿、器件座、锁扣和进、出水口及密封件；其结构为流路耐压密封腔体结构，比色皿同心置于壳体内，且卡设于上、下出水接头中间；其上、下出水接头通过螺纹与壳体连结固定。其器件座及内孔设置的光路检测器件组件通过螺纹同心设于安装孔内，且可旋转移动。本发明可据光谱检测原理和光谱器件合理布局，通过与安装孔同心设置的器件座内发射及接收的光路器件布局实现光谱分析，再经后期程序控制实现流体参数的检测。本发明可通过进、出水接头直接与管路连结实现在线检测功能；同时也可通过更换接头结构，通过添加流体到比色皿内实现离线检测的功能。本流体光谱分析取样装置采用高透射石英材料的比色皿、光程长微调定位精确、易拆卸、组装方便、易清洗、成本低、可定期更换或者一测一更换，避免交叉感染。同时该流体光谱分析取样装置结构简单、紧凑、满足多种光谱分析的要求和工况需求。
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，一种流体光谱分析取样装置，结构为流体耐压密封腔体结构，包括出水接头1、O型圈3、比色皿4、进水接头5、壳体11；所述比色皿4同心置于壳体11内；所述比色皿4卡设于出水接头1与进水接头5中间，所述比色皿4与进水接头5及出水接头1之间各设有一个O型圈3；所述进水接头5设有进水口6；所述出水接头1设有出水口2。所述壳体11上设有多个安装孔7且置于比色皿4外周。所述出水接头1、进水接头5可通过快插等方式与待测液体管路联接。所述比色皿4为高透射性石英材料制作，其截面可为圆型、正方形、正八边形等，如图4所示。所述器件座13通过螺纹连接同心设于安装孔7内。锁扣14通过螺纹连接同心设于器件座13外侧。
实施例2：
如图2所示，分别用堵头8、封盖9替换进水接头5和出水接头1，可形成不同使用工况的光谱分析取样装置；所述封盖9和堵头8通过螺纹分别与壳体11固定。所述封盖9设有加液口10。所述堵头8设有内孔且与阀门12螺纹连接。
如图3所示，所述安装孔7可用于同心安装器件座13和光谱检测所需光路器件(发射和接收装置)组件，且可根据光谱检测所需角度选择。所述比色皿4光程微调定位功能，具体方法如下：器件座13与内部设置的光路器件组件，通过器件座13的外螺纹和安装孔内内螺纹的旋转移动，改变光路器件(光谱发射和接收装置)与比色皿4间的距离从而达到光程微调功能。进而通过锁扣14内螺纹与器件座外螺纹的旋转移动，使得锁扣14与壳体11外壁的直接接触摩擦定位，实现器件座13的定位锁紧功能。
鉴于案例1在线检测工况下，待测流体通过进水口6进入比色皿4，经过出水口2排出；当待测流体流经比色皿4时，通过比色皿4四周安装孔7内设置的发射接收装置及后续控制模块实现同步水质检测。通过比色皿4外侧与安装孔7同心设置的器件座13内光谱检测所需光路器件(发射和接收装置)及后续控制模块实现同步水质检测。
离线检测工况下，将待测流体通过加液口10注入比色皿4；当待测流体浸满比色皿4时，通过比色皿4四周与安装孔7同心内设置的发射接收装置及后续控制模块实现快速水质检测。待检测结束，可通过阀门12将流体排空。
该发明结构简单，光路器件布局合理，连接方便，可满足在线和离线多种光谱检测的取样需求，采用高透射比色皿部分易清洗、更换，也可一测一更换，防止交叉感染。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种流体光谱分析取样装置，其特征在于：整体结构为流体耐压密封腔体结构，包括壳体(11)、比色皿(4)和上、下端头，其中，所述比色皿(4)同心置于壳体(11)内，且竖立卡设于上、下端头之间；
所述上、下端头匹配嵌入壳体(11)上下两端的凹槽中固连，上端头或下端头的中心位置开设有水样进口，与所述比色皿(4)形成一液体流通腔道；
位于所述比色皿(4)外侧的壳体(11)上开设有数个贯穿的安装孔(7)，所述安装孔(7)内设有同心放置的器件座(13)，所述器件座(13)内有光路器件组件即光谱发射和接收装置，所述光谱发射和接收装置连接有控制模块。
2.根据权利要求1所述的流体光谱分析取样装置，其特征在于：所述上、下端头分别为出水接头(1)、进水接头(5)，所述进水接头(5)的中心位置设有进水口(6)，所述出水接头(1)的中心位置设有出水口(2)。
3.根据权利要求2所述的流体光谱分析取样装置，其特征在于：所述出水接头(1)、进水接头(5)通过包括快插在内的方式与待测液体管路连接。
4.根据权利要求1所述的流体光谱分析取样装置，其特征在于：所述上、下端头分别为封盖(9)、堵头(8)，所述封盖(9)的中心位置设有加液口(10)，所述堵头8的中心设有贯穿的内孔且与阀门(12)通过螺纹连接固定。
5.根据权利要求1所述的流体光谱分析取样装置，其特征在于：所述器件座(13)与内部设置的光路器件组件，通过器件座(13)的外螺纹和安装孔(7)的内螺纹连接，且能旋转移动；所述器件座(13)外侧设有同心安装的锁扣(14)，所述锁扣(14)通过内螺纹与器件座(13)的外螺纹连接且旋转移动；
所述上、下端头通过螺纹分别与壳体(11)连接固定；所述上、下端头与所述比色皿(4)之间分别设有O型圈(3)。
6.根据权利要求1所述的流体光谱分析取样装置，其特征在于：所述比色皿(4)为高透射性石英材料，其截面形状包括圆型、正方形、正八边形。
7.根据权利要求1所述的流体光谱分析取样装置的工作方法，其特征在于：具体步骤如下：待测流体从上、下端头上的水样进口进入比色皿(4)中，通过比色皿(4)外侧与安装孔(7)同心设置的器件座(13)内发射和接收装置及后续控制模块实现水质检测。
8.根据权利要求7所述的流体光谱分析取样装置的工作方法，其特征在于：通过进、出水接头直接与管路连结实现在线检测功能，具体为：在线检测工况下，通过进水接头(5)和出水接头(1)与待测流路快速连结，待测流体通过进水口(6)进入比色皿(4)，经过出水口(2)排出；当待测流体流经比色皿(4)时，通过比色皿(4)外侧与安装孔(7)同心设置的器件座(13)内发射和接收装置及后续控制模块实现同步水质检测。
9.根据权利要求7所述的流体光谱分析取样装置的工作方法，其特征在于：通过添加待测流体到比色皿(4)内实现离线检测的功能，具体为：离线检测工况下，将待测流体通过加液口(10)注入比色皿(4)，待测流体浸满比色皿(4)时，通过比色皿(4)外侧与安装孔(7)同心设置的器件座(13)内发射和接收装置及后续控制模块实现水质检测；检测结束通过阀门(12)将液体直接排出。
10.根据权利要求7所述的流体光谱分析取样装置的工作方法，其特征在于：通过器件座(13)在安装孔(7)内的旋转移动，改变光路器件与比色皿(4)间的距离达到光程微调功能；再经锁扣(14)在器件座(13)外的旋转移动，使锁扣(14)与壳体(11)外壁的接触摩擦，实现器件座(13)的定位锁紧功能。
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