CN110441237A - 一种浸入式紫外可见分光光度计检测头及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，具体涉及紫外可见光源，以及一种紫外可见分光光度计检测头。本发明提供一种与主机分开的、小型、可直接放置于水中实现实时检测的紫外可见分光光度计检测头。紫外可见光源由氘灯与钨灯组成，通过耦合器组合为紫外可见光束，作为光源；检测头中具体包括入射光纤，入射光纤连接器、入射光反射器、入射光纤准直器、隔离板、出射光纤准直器、出射光出射光纤连接器、出射光纤。检测头与光源、分光系统通过紫外光纤进行连接。

Description

一种浸入式紫外可见分光光度计检测头及检测方法

技术领域

本发明属于光谱仪器领域，具体涉及一种可浸入式紫外可见分光光度计检测头的光学设计。

背景技术

紫外可见分光光度计是一种对物质进行定性定量的光谱检测仪器，被广泛应用于水质检测、大气检测、医药等领域。

现在市场中的紫外可见分光光度计，主要采用将样品放置于位于分光计中的比色皿中，既不能实现实时监测，同时也增加了样品在移动途中受到污染的概率；同时由于放置比色皿的空间固定，光在被测物中的光程不易改变，缺乏在实际应用中的灵活性。市场上目前还没有可直接放置于被测液中实现实时监测的紫外可见分光光度计，也没有光在被测物中光程可变的紫外可见分光光度计，本发明刚好填补了这一空白。

经过检索，发现最接近的现有技术为：申请号为201821744271.8)名称为光谱仪及水质检测装置的专利，一种光谱仪，其特征在于，所述的光谱仪包括：壳体、第一准直镜、第一光栅、第二准直镜、第二光栅、成像反射镜和阵列探测器，所述第一准直镜、所述第一光栅、所述第二准直镜和所述第二光栅分别角度可调地安装在所述壳体内，所述壳体上设有用于第一光束入射的第一光入射口和用于第二光束入射的第二光入射口，所述第一准直镜、所述第一光栅和所述成像反射镜沿所述第一光束的光路依次设置，以使所述第一光束在所述阵列探测器上形成第一光谱；所述第二准直镜、所述第二光栅和所述成像反射镜沿所述第二光束的光路依次设置，以使所述第二光束在所述阵列探测器上形成第二光谱。上述的水质检测装置，采用双光路系统，但是在实际应用的时候，仍然是先采集样品，然后将样品放置于专用的比色皿之中，再将比色皿放回仪器中，进行测量，这种检测方式存在许多缺点：1.在采集样品，移动样品的过程中，样品容易受外界影响，使得测试结果不准确；2.只能定时的抽取某一处或几处的极少的样品进行检测，不能实现持续工作，进行实时监测；3.不能实现对水库等大型的场合进行多点检测，或者实现起来比较复杂；4.不能改变光在样品中的光程

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种浸入式紫外可见分光光度计检测头及检测方法。本发明的技术方案如下：

一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，包括紫外可见光源，其还包括入射光纤、入射光纤连接器、入射光反射镜、入射光准直镜、第一隔离板、第二隔离板、出射光准直镜、出射光反射镜、出射光纤连接器及出射光纤，所述紫外可见光源产生的紫外可见光经入射光纤传至入射光纤连接器，通过入射光纤连接器入射至入射光反射镜，经入射光反射镜反射后传至入射光准直镜，经入射光准直镜准直后的紫外可见光通过第一隔离板和第二隔离板到达出射光准直镜，所述第一隔离板和第二隔离板相当于两个“光窗”，中间形成的空腔相当于“比色皿”，紫外可见光经过出射光准直镜准直后传输给出射光反射镜，在经过出射光反射镜反射后到达出射光纤连接器，从出射光纤射出。

进一步的，所述入射光反射镜与入射光成45°，将入射光光轴转折90°；入射光准直镜选用90°离轴抛物面反射镜，经入射光准直镜准直反射后，光的传播方向向反方向离轴90°，与入射光传播方向一致；所述第一隔离板和第二隔离板与光轴垂直；所述出射光准直镜与入射光准直镜一样且相向而放，使反射后的光轴与入射光反射镜和入射光准直镜之间的光轴平行，且传播方向相反；出射光反射镜与入射光反射镜平行，出射光反射镜与出射光成45°角，经出射光反射镜反射后的出射光光轴与入射光光轴平行，且传播方向相反。

进一步的，所述入射光纤、入射光纤连接器、入射光反射镜、入射光准直镜、出射光准直镜、出射光反射镜、出射光纤连接器及出射光纤全部为密封空间，经第一隔离板、第二隔离板将光连接，第一隔离板、第二隔离板之间是镂空的，当放入溶液中时，溶液充满第一隔离板及第二隔离板之间的空间，测得第一隔离板、第二隔离板之间的溶液中各成分的信息。

进一步的，所述紫外可见光源是通过将氘灯、钨灯通过耦合器合并而成。

进一步的，所述第一隔离板、第二隔离板均为石英隔离板，通过第一隔离板、第二隔离板充当“光窗”，将被测液与检测头隔离开，可直接放置于被测液中，实现实时监测。

进一步的，所述第一隔离板和第二隔离板之间的距离可通过外部的开关进行调节，从而实现对被测液体的光程进行改变。

一种采用所述检测头的检测方法，其工作方式如下：

在工作时，光源通过入射光纤将紫外可见光传输至入射光纤连接器然后传输至入射光反射镜，光被转折90°后继续传播至入射光准直镜经准直后形成平行光通过石英隔离板，到达检测的液体，通过石英隔离板回到检测头中，然后通过出射光准直镜将出射光会聚聚焦，通过出射光反射镜90°反射后聚焦于出射光纤。

在实际应用中，直接将检测头浸入被测水中，在光源稳定后(大约30分钟左右)即可实现在水中持续工作。同时可通过遥控控制其可在水中的位置，可在水中检测各个点的信息。两隔离板之间是一个空腔，外部通过结构连接，可通过导轨实现隔离板之间的距离调节，从而实现光在被测物中的光程的改变。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明通过镂空设计，用两片石英隔离板将溶液与检测头分开，当其放置于被测液体中时，可实现液体的实时监测，在达到实时监测的效果的同时，也避免了由于采集样品而引起的测试误差；

可以在被测水中移动，实现多点监测，从而使得测试结果更加准确；

本发明的检测头体积小，光程长，可根据实际情况调节其光程长度，在方便放置的同时，保证了其测量结果的精度。

使用抛物面型反射镜，使得准直效果更好，收集到的紫外可见光的能量更强，浪费的更少，让结果更加准确。

使用平面反射镜折叠光路，使得整体体积更小，使用更方便。

由于水中存在污垢，所以后期仅需定期将检测头上与水接触部分即石英隔板上的污垢进行清理，其后期的维护简单。

本发明的创新点是用紫外分光光度计可以实现直接放置于水中进行实时监测和多点监测这一想法，用石英隔板将溶液与检测透分开，只是一种实现这一想法的方式，现在的仪器都是先收集样品，再放在一个台式的仪器中进行检测。不仅复杂，而且在样品移动或采集中容易受外界影响。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例紫外可见分光光度计的检测头光学原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头如图所示，图1为本发明中的紫外可见分光光度计的检测头光学原理图。

在本次发明中，光源与检测头，检测头与分光系统之间使用光纤连接。

在本次发明中，光纤使用的是紫外多模光纤。

在本次发明中，选用氘灯与钨灯通过耦合器，合并为紫外可见光源。

在本次发明中，采用抛物面型反射镜对紫外可见光进行准直。

在本次发明中，通过使用石英隔离板充当“光窗”，将被测液与检测头隔离开，可直接放置于被测液中，实现实时监测。

在本次发明中，通过两片平面反射镜来改变光路方向，使得结构更小巧、紧凑。

在本次发明中，两隔离板间距(即被测液体的光程)可以调节，实用性更强。

在本次发明中，采用IP68级防水，以确保在被测液体中长时间工作。

紫外可见光经入射光纤传至入射光纤连接器1，入射至入射光平面反射镜2，经入射光平面反射镜2将光路折叠90°后，传至入射光准直镜3，经准直后的紫外可见光再被折叠90°，与入射光平行，传播方向一致，然后穿过石英隔离板4、5，到达出射光准直镜6，光路再被折叠90°，与经入射平面反射镜反射后的光传播方向相反，再经过出射光反射镜7反射后，光路再次折叠90°，与入射光传播反向相反，到达出射光纤连接器8，从出射光纤射出。

在检测头中，使用石英隔离板将被测液体与内部结构隔开，石英隔离板固定于检测头上，形成两个“光窗”，隔离板间形成一个空腔，这空腔相当于“比色皿”，当将检测头放入液体中进行测试时，液体直接流入空腔，即可测量空腔中的被测液体的信息。整个紫外可见分光光度计达到Ip68级防水，可实现长时间实时监测。

在检测头中，两个隔离板之间的距离，可通过外部的开关进行调节，从而实现对被测液体的光程进行改变，使得其在实际应用中更加灵活。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，包括紫外可见光源，其特征在于，还包括入射光纤、入射光纤连接器(1)、入射光反射镜(2)、入射光准直镜(3)、第一隔离板(4)、第二隔离板(5)、出射光准直镜(6)、出射光反射镜(7)、出射光纤连接器(8)及出射光纤，所述紫外可见光源产生的紫外可见光经入射光纤传至入射光纤连接器(1)，通过入射光纤连接器(1)入射至入射光反射镜(2)，经入射光反射镜(2)反射后传至入射光准直镜(3)，经入射光准直镜(3)准直后的紫外可见光通过第一隔离板(4)和第二隔离板(5)到达出射光准直镜(6)，所述第一隔离板(4)和第二隔离板(5)相当于两个“光窗”，中间形成的空腔相当于“比色皿”，紫外可见光经过出射光准直镜(6)准直后传输给出射光反射镜(7)，在经过出射光反射镜(7)反射后到达出射光纤连接器(8)，从出射光纤射出。

2.根据权利要求1所述的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，其特征在于，所述入射光反射镜(2)与入射光成45°，将入射光光轴转折90°；入射光准直镜(3)选用90°离轴抛物面反射镜，经入射光准直镜准直反射后，光的传播方向向反方向离轴90°，与入射光传播方向一致；所述第一隔离板(4)和第二隔离板(5)与光轴垂直；所述出射光准直镜(6)与入射光准直镜(3)一样且相向而放，使反射后的光轴与入射光反射镜和入射光准直镜之间的光轴平行，且传播方向相反；出射光反射镜(7)与入射光反射镜(2)平行，出射光反射镜(7)与出射光成45°角，经出射光反射镜(7)反射后的出射光光轴与入射光光轴平行，且传播方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，其特征在于，所述入射光纤、入射光纤连接器(1)、入射光反射镜(2)、入射光准直镜(3)、出射光准直镜(6)、出射光反射镜(7)、出射光纤连接器(8)及出射光纤全部为密封空间，经第一隔离板(4)、第二隔离板(5)将光连接，第一隔离板(4)、第二隔离板(5)之间是镂空的，通过光路之外的结构相连接，当放入溶液中时，溶液充满第一隔离板(4)及第二隔离板(5)之间的空间，测得第一隔离板(4)、第二隔离板(5)之间的溶液中各成分的信息。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，其特征在于，所述紫外可见光源是通过将氘灯、钨灯通过耦合器合并而成。

5.根据权利要求1-3之一所述的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，其特征在于，所述第一隔离板(4)、第二隔离板(5)均为石英隔离板，通过第一隔离板(4)、第二隔离板(5)充当“光窗”，将被测液与检测头隔离开，可直接放置于被测液中，实现实时监测。

6.根据权利要求5所述的一种浸入式紫外可见分光光度计检测头，其特征在于，所述第一隔离板(4)和第二隔离板(5)之间的距离可通过外部的开关进行调节，从而实现对光通过被测液体的光程进行改变。

7.一种采用权利要求1-6所述检测头的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在检测时，光源通过入射光纤将紫外可见光传输至入射光纤连接器(1)然后传输至入射光反射镜(2)，光被转折90°后继续传播至入射光准直镜(3)经准直后形成平行光通过石英隔离板(4)到达检测的液体，通过石英隔离板(5)回到检测头中，然后通过出射光准直镜(6)将出射光会聚聚焦，通过出射光反射镜(7)90°反射后聚焦于出射光纤；

实际应用时，直接将检测头放置于被检测的水中，等光源达到稳定状态以后，即可在水中持续工作，达到实时监测的目的；同时可通过遥控来控制其在水中的位置，使其实现多点检测；两隔离板之间是一个空腔，外部通过结构连接，可通过导轨实现隔离板之间的距离调节，从而实现光在被测物中的光程的改变。