CN115065415B - 一种基于调制光信号得到微质量谱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于调制光信号得到微质量谱的方法，包括以下步骤：（1）利用信号产生仪器和波形分析仪器来确定石英晶振的谐振频率；（2）透明的石英晶振片在交流电场的影响下处于谐振状态，通过施加正弦衰减信号后观察到晶片产生的衰减波形；（3）通过输入稳态光束和调制光束照射到石英晶振片影响吸附质量和吸附速度，从而得到基于调制光信号激励下界面微质量谱。本发明提出了可调制光信号对石英晶体吸附速率和吸附效率的影响，可以得到晶体对应的吸附质量和频率变化以及衰减波形和衰减因子等参数；可以得到调制光信号界面下的微质量谱。

Description

一种基于调制光信号得到微质量谱的方法
技术领域
本发明属于微质量谱技术领域，涉及一种基于调制光信号得到微质量谱的方法。
背景技术
石英晶体微天平是基于石英晶体压电效应的微质量传感器，最早应用于检测淀积薄膜的厚度。其测量精度可达纳克级别，比灵敏度在微克级的电子微天平高1000倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体电极表面质量变化转化为电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。这种微质量传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高，被广泛应用于化学和生物领域。
普通的石英晶振片包含金属电极，不允许光路通过，其表面的金属层长时间易腐蚀从而容易造成实验误差。按照之前的实验方法无法获取调制光信号对离子吸附和解析附的影响，更无法得到调制光信号界面下的稳态微质量和调制微质量。
目前基于石英晶振的质量和频率之间转换过程的研究较多，但是关于调制光信号影响下的石英晶体微质量谱的研究尚且空白。本发明提出了一种基于调制光信号激励界面微质量谱研究方法，输入的稳定背景光信号强度和频率稳定，输入的调制光信号是一束经过正弦调制的小幅扰动信号，两种输入信号叠加后同时作用于处于谐振状态的石英晶振片；输出信号则是相应的稳态光信号和调制光信号作用下对应的稳态频率和调制频率以及通过分析得到的稳态微质量和调制微质量。通过搭建石英晶振的激励系统，调节输入的调制光信号，分析得到调制光信号对离子吸附和解析附的影响和调制光信号激励下界面稳态微质量和调制微质量。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于调制光信号得到微质量谱的方法，在可调制光信号的影响下，不断调节输入可调制光的频率和强度，调节到一定频率强度时，整个研究系统达到共振状态，离子吸附和解吸附达到最大平衡值；然后通过分析输出信号的频率和相位变化从而得到实验过程中产生的稳态微质量和调制微质量，最终得出基于调制光信号界面下的微质量谱。
为实现本发明的目的，本发明采取如下技术方案。
一种基于调制光信号得到微质量谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用信号产生仪器和波形分析仪器来确定石英晶振的谐振频率；
(2)透明的石英晶振片在交流电场的影响下处于谐振状态，通过施加正弦衰减信号后观察到晶片产生的衰减波形；
(3)通过输入稳态光束和调制光束照射到石英晶振片影响吸附质量和吸附速度，输入的稳态光是频率和强度固定的光谱，调制光的频率和强度可以在一定范围内进行调节，从而得到基于调制光信号激励下界面微质量谱。
进一步地，上述步骤(1)具体为，在石英晶振激励片两端施加交流电场，利用信号产生仪器调节交流电场的频率，通过波形分析仪器观察输出端信号的幅值，确定该石英晶振的谐振频率点。
进一步地，上述步骤(2)具体为，将石英晶振片安装在流动腔室中，信号产生仪器施加交流电场，使石英晶振片处于谐振状态，使用频率分析仪器观察输出信号的频率，在电脑端记录谐振频率和正弦衰减信号下的衰减波形，同时通过软件计算时间常数，衰减因子等参数数值。
进一步地，上述步骤(3)具体为，在石英晶振片上施加稳态光信号和调制光信号，输入幅度为A频率为f的稳态光信号，输入基础幅值为A0基础频率值为f0调节幅值为ΔA0调节频率为Δf0的调制光信号，得到输出端相对应的频率谱和分析后质量谱；通过改变输入调制光信号的频率，获得基于调制光信号下的微质量谱，时间有关的各个过程，以及离子的扩散系数或者反应速率等参数；
频率微质量传递方程为，
Figure GDA0004116011220000021
其中c为石英晶振片表面质量和频率之间的比例系数。
进一步地，上述步骤(3)中通过不断调节调制光的频率和幅值观察输出端微质量谱线，确定吸附和解吸附达到最优值的调制光信号频率和幅值。
本发明的技术原理是：石英晶振片在石英晶振激励片外交流电磁场的激励下产生共振电场，在输入稳态光信号和调制光信号的影响下，通过分析输出信号的频率和相位变化从而得到实验过程中产生的稳态微质量和调制微质量，最终得出基于调制光信号激励下界面微质量谱。
本发明的有益效果是：1、本发明提出了可调制光信号对石英晶体吸附速率和吸附效率的影响，可以得到晶体对应的吸附质量和频率变化以及衰减波形和衰减因子等参数；可以得到调制光信号界面下的微质量谱；2、在可调制光的影响下石英晶体的吸附效率会更高；3、使用透明的石英晶振裸片，避免了金属电极因腐蚀和氧化等对实验造成的影响。
附图说明
图1为本发明方法涉及的测量系统结构图。
在图中、1、激励信号产生仪器，2、进出溶液收集瓶，3、流动池腔体；4、石英晶振片；5、石英晶振激励片；6、频率分析仪器，7、波形分析仪器，8、数据处理终端，9、稳态输入光信号，10、调制输入光信号。
具体实施方式
给出本发明的实施例并结合给出的实施例对本发明加以说明，但所给出的实施例对本发明不构成任何限制。
如图1所示，一种基于调制光信号得到微质量谱的方法，包括以下步骤：
(1)将清洁完成后的透明的石英晶振片4安装在设计的流动池腔体3中，然后由激励信号产生仪器1通过扫频产生一定幅值不同频率的正弦信号，将信号施加在石英晶振激励片5两端，通过频率分析仪器6观察石英晶振片4两端的的频谱变化，确定石英晶振片4的谐振频率。
(2)施加谐振频率在石英晶振激励片5两端，使石英晶振片4处于谐振状态，待其输出频率稳定后记录下其谐振基频；然后使用激励信号产生仪器1产生正弦衰减信号，波形分析仪器7记录下输出端产生的衰减波形，然后在数据处理终端8分析得到时间常数，衰减因子等参数数值。
(3)通过进出溶液收集瓶2向流动池腔体3中通入溶液，石英晶振激励片5位于石英晶振片4正下方，且石英激励片5中间设计有圆形孔洞用于通过稳态光束和调制光束。在石英激励片5中间孔洞处向石英晶振片4输入稳态输入光信号9等待系统稳定后，再向石英晶振片4输入调制输入光信号10，不断调节调制输入光信号10，调节光的频率和幅度变化会对石英晶振片4吸附或解吸附离子的质量和速度有一定的影响。
(4)在输出端通过频率分析仪器6和波形分析仪器7观察石英晶振频率的变化通过在数据处理终端8(电脑端)处理后的数据得到石英晶振片4的吸附质量从而得到输入调制光信号下的微质量谱。
(5)通过在实验过程中不断施加正弦衰减信号在石英晶振片4两端，通过数据处理终端8(电脑端)分析衰减波形和计算拟合后得到谐振频率，时间常数和衰减因子等相关参数。
以上所述是本发明的优选实施例，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于调制光信号得到微质量谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用信号产生仪器和波形分析仪器来确定石英晶振片的谐振频率；
（2）透明的石英晶振片在交流电场的影响下处于谐振状态，通过施加正弦衰减信号后观察到石英晶振片产生的衰减波形；
（3）通过输入稳态光束和调制光束照射到石英晶振片影响石英晶振片对离子的吸附质量和吸附速度，输入的稳态光是频率和强度固定的光谱，调制光的频率和强度可以在一定范围内进行调节，从而得到基于调制光信号激励下界面微质量谱；具体为：在石英晶振片上施加稳态光信号和调制光信号，输入幅度为A频率为f的稳态光信号，输入基础幅值为A0基础频率值为f0调节幅值为ΔA0调节频率为Δf0的调制光信号，得到输出端相对应的频率谱和分析后质量谱；通过改变输入调制光信号的频率和幅值获得基于调制光信号下的微质量谱与时间有关的各个过程，以及离子的扩散系数或者反应速率参数；
频率微质量传递方程为，
Figure QLYQS_1
，其中c为石英晶振片表面质量和频率之间的比例系数；通过不断调节调制光的频率和幅值观察输出端微质量谱线，确定吸附和解吸附达到最优值的调制光信号频率和幅值。
2.根据权利要求1所述的基于调制光信号得到微质量谱的方法，其特征在于：步骤（1）具体为，在石英晶振激励片两端施加交流电场，利用信号产生仪器调节交流电场的频率，通过波形分析仪器观察输出端信号的幅值，确定该石英晶振的谐振频率点。
3.根据权利要求1所述的基于调制光信号得到微质量谱的方法，其特征在于：步骤（2）具体为，将石英晶振片安装在流动腔室中，信号产生仪器施加交流电场，使石英晶振片处于谐振状态，使用频率分析仪器观察输出信号的频率，在电脑端记录谐振频率和正弦衰减信号下的衰减波形，同时通过软件计算时间常数，衰减因子参数数值。
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