CN115112632B - 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置 - Google Patents

一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115112632B
CN115112632B CN202210812550.8A CN202210812550A CN115112632B CN 115112632 B CN115112632 B CN 115112632B CN 202210812550 A CN202210812550 A CN 202210812550A CN 115112632 B CN115112632 B CN 115112632B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
convex lens
gas circuit
camera
beam splitter
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.)
Active
Application number
CN202210812550.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115112632A (zh
Inventor
王志彬
裴祥宇
陈粤玲
徐正宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202210812550.8A priority Critical patent/CN115112632B/zh
Publication of CN115112632A publication Critical patent/CN115112632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115112632B publication Critical patent/CN115112632B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02—Investigating surface tension of liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • 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
    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/006—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
    • G01N2011/008—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system optical properties
    • 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
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N2021/4764—Special kinds of physical applications
    • G01N2021/4769—Fluid samples, e.g. slurries, granulates; Compressible powdery of fibrous samples
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明具体提供了一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。包括多光阱光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔温湿度的温湿度传感器及气路系统。信号采集装置包括照明光光源、光谱仪和光电二极管、第一相机与第二相机；本发明能够产生单个或多个光阱实现对单个或多个液滴的稳定捕获，信号采集装置能够收集拉曼散射信号、弹性散射信号并同时采集被捕获液滴底面和侧面的图像。反应腔及气路系统能够调控液滴环境条件如相对湿度、反应气体浓度等。利用本发明可以对气溶胶化学反应过程中液滴的相态、形貌、粒径、折射率、官能团信息等理化性质进行探究。同时，对多个被捕获液滴的操纵，可以用于测量液滴的粘度与表面张力。

Description

一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置
技术领域
本发明属于大气化学领域和光学领域，尤其涉及一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。
背景技术
大气气溶胶颗粒物是指分散在大气中的液体或固体颗粒。气溶胶是引起灰霾的重要物质，对环境、气候和人体健康等都具有重要作用。气溶胶在化学反应过程中的理化性质变化，对于进一步理解气溶胶的环境与健康效应十分重要。在大气中，臭氧和OH自由基是最重要的氧化性物种。挥发性有机物在大气中会被臭氧和OH自由基氧化生成低挥发性有机物或二次有机气溶胶。低挥发性有机物可凝结在气溶胶颗粒物液滴之上，二次有机气溶胶会与气溶胶液滴发生碰并，从而改变气溶胶液滴的理化性质。在此过程中，气溶胶液滴的粘度与表面张力会发生变化，从而影响其形貌、相态与吸湿性等性质，进而影响其气候效应。
气溶胶光镊技术是一种能够实现气溶胶液滴捕获与原位测量的技术手段。光镊与拉曼光谱联用可以反演气溶胶液滴的粒径、复折射率、形貌等信息，并进一步研究气溶胶的反应性、吸湿性与光学性质等。
然后，现有的气溶胶光镊也存在一定局限。在我国已公布的发明专利申请或发明专利授权中，授权公告号为CN114088478B的专利涉及用于悬浮光镊捕获气溶胶的方法和装置。该专利结构为单相机单光阱光镊，无法控制腔室内气溶胶环境相对湿度；无法在腔室内生成臭氧与OH自由基；无法同时捕获多个液滴并进行操纵以研究液滴的粘度与表面张力；不具有双相机的设置，无法同时从底面和侧面对被捕获液滴进行拍摄以研究液滴的空间位置。授权公告号为CN111999295B的专利涉及一种在双光束光阱中重复捕获微球的方法及装置，该专利目的在于实现对单个微球的重复捕获，不涉及密闭反应腔室和气路系统，因此不能用于气溶胶化学反应研究。
发明内容
针对目前单相机单光阱光镊测量气溶胶理化性质的局限，本发明提出一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。可以实现对微米级气溶胶液滴的稳定捕获与气溶胶液滴所处环境相对湿度的精确控制；同时可以在腔室内产生臭氧或OH自由基，实现对氧化性大气环境的实验室模拟；同时可以实现对两个或多个气溶胶液滴的捕获，并对所捕获气溶胶液滴从底面与侧面进行拍摄，以研究被捕获气溶胶液滴的空间位置。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置，该系统包括光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔内温湿度的温湿度传感器、气路系统；其中，所述气路系统包括液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路和尾气气路；所述信号采集装置包括照明光光源、光谱仪、光电二极管、第一相机与第二相机；所述反应腔包括上下排布、中间以一隔板相隔密封的上腔室与下腔室，所述上腔室顶部设有第一透明窗口，用于接收照明光光源的输出光；上腔室的侧壁设有两个进气口，分别与湿度控制气路、臭氧产生气路连接；所述下腔室底部设有第二透明窗口，用于接收光镊产生装置的输出光、输出照明光光源的输出光照射液滴后的光和光镊产生装置的输出光在液滴上产生的拉曼散射信号和弹性散射信号；照明光光源的输出光照射液滴后的光进入第一相机，拉曼散射信号送入光谱仪检测，弹性散射信号送入光电二极管检测；所述下腔室侧壁设有第三透明窗口和第四透明窗口，其中第三透明窗口外设置第二相机；第四透明窗口用于接收紫外光；下腔室侧壁还设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与液滴产生气路、有机气溶胶产生气路连接，出气口与尾气气路连接；所述隔板中心为透明材质，四周设有若干孔。
进一步地，所述液滴产生气路包括依次连接的压缩空气源和雾化器；
所述湿度控制气路包括压缩空气源和洗气瓶，其中压缩空气源的出口与洗气瓶进口连接，压缩空气源的出口与洗气瓶出口之间设有旁路，通过调节压缩空气源进入洗气瓶与旁路的流量控制湿度；
所述臭氧产生气路包括依次连接的压缩空气源和臭氧发生器；
所述有机气溶胶产生气路包括依次连接的压缩空气源和装有挥发性有机物液体的挥发性有机物容器。
进一步地，所述液滴产生气路、湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路上均设有质量流量控制器。
进一步地，液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路中的压缩空气源为同一压缩空气源。
进一步地，所述尾气气路包括一排气扇。
进一步地，所述光镊产生装置包括沿光路传播依次设置的激光器、光隔离器、第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、空间光调制器、第四凸透镜和油浸物镜；其中所述激光器用于产生高斯激光束，所述光隔离器用于消除回程光束对激光器的影响，第一凸透镜和第二凸透镜用于扩束准直激光束，第三凸透镜用于聚焦激光束；空间光调制器用于将一束激光束调制成多束激光；第四凸透镜用于扩束被调制的激光，最后扩束的激光经油浸物镜汇聚通过第四窗口进入下腔室。
进一步地，所述第二凸透镜与第三凸透镜之间设有第一反射镜，第四凸透镜和油浸物镜之间依次设有第二反射镜、第一分光镜和第四反射镜。
进一步地，还包括第二分光镜和低通滤波片，照明光光源的输出光照射液滴后的光通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、并由第二分光镜反射后通过低通滤波片进入第一相机。
进一步地，还包括第三分光镜和陷波滤波片，拉曼散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜并由第三分光镜反射后通过陷波滤波片进入光谱仪。
进一步地，还包括中性密度滤波片，弹性散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜后经第三反射镜反射后通过中性密度滤波片进入光电二极管。
进一步地，第三透明窗口采用高通滤波材质，第四透明窗口的材质为紫外增透材质。
本发明的有益效果是：本发明能够产生单个或多个光阱实现对单个或多个液滴的稳定捕获，信号采集装置能够收集拉曼散射信号、弹性散射信号并同时采集被捕获液滴底面和侧面的图像。反应腔及气路系统能够调控液滴环境条件如相对湿度、反应气体浓度等。利用本发明可以对气溶胶化学反应过程中液滴的相态、形貌、粒径、折射率、官能团信息等理化性质进行探究。同时，对多个被捕获液滴的操纵，可以用于测量液滴的粘度与表面张力。
附图说明
图1为一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置光路与气路示意图；
图2为反应腔的具体结构。
图中：1.激光器；2.光隔离器；3.第一凸透镜；4.第二凸透镜；5.第一反射镜；6.第三凸透镜；7.空间光调制器；8.第四凸透镜；9.第二反射镜；10.第一分光镜；11.第二分光镜；12.低通滤波片；13.第一相机；14.第三分光镜；15.陷波滤波片；16.光谱仪；17.第三反射镜；18.中性密度滤波片；19.光电二极管；20.第四反射镜；21.油浸物镜；22.LED灯；23.第五凸透镜；24.反应腔；25.压缩空气钢瓶；26.第一质量流量控制器；27.洗气瓶；28.第一温湿度传感器；29.第二质量流量控制器；30.第三质量流量控制器；31.挥发性有机物容器；32.第四质量流量控制器；33.臭氧发生器；34.雾化器；35.第二相机；36.紫外灯；37.第二温湿度传感器；38.排气扇；39.下腔室；40.第一O形圈；41.第一盖玻片；42.第一窗口盖；43.第二O形圈；44.隔板；45.第二盖玻片；46.第三O形圈；47.上腔室；48.第四O形圈；49.反应腔盖；50.第五O形圈；51.第三盖玻片；52.第二窗口盖；53.第一转接头；54.第二转接头；55.第三转接头；56.第四转接头；57.第五转接头；58.第六转接头；59.第六O形圈；60.高通滤波片；61.第三窗口盖；62.第七O形圈；63.紫外增透窗口片；64.第四窗口盖。
具体实施方式
针对目前单相机单光阱光镊测量气溶胶理化性质的局限，本发明提供了一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。该系统包括光镊产生装置、信号采集装置、反应腔24、用于检测反应腔温湿度的温湿度传感器和气路系统。所述信号采集装置包括照明光光源(本实施例为LED灯22)、光谱仪16、光电二极管19、第一相机13与第二相机35；所述气路系统包括液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路、尾气气路等。如图2所示，所述反应腔24包括上下排布、中间以一隔板44相隔密封的两个腔室，下腔室39与上腔室47，如图所示，下腔室39与上腔室47可通过在边缘设置凹槽再放置O型圈，实现与隔板44间的密封。其中，下腔室39侧壁分别设有与液滴产生气路连接的第四转接头56、与有机气溶胶产生气路连接的第五转接头57，和与尾气气路连接的第六转接头58。下腔室39底部设有第二透明窗口，用于接收光镊产生装置的输出光、输出照明光光源的输出光照射液滴后的光和光镊产生装置的输出光在液滴上产生的拉曼散射信号和弹性散射信号；第二透明窗口由第一窗口盖42将第一盖玻片41通过第一O形圈40从下腔室内侧固定于下腔室底部。下腔室39的另两个侧壁分别设有两个窗口(第三透明窗口和第四透明窗口)，各窗口均由一窗口盖将一盖玻片通过O型圈密封固定于下腔室侧壁。其中由第七O形圈62、紫外增透窗口片63、第四窗口盖64组成的第四透明窗口用于与紫外灯36相连接，紫外灯36产生的紫外线经窗口进入下腔室39内，与腔室内臭氧与水蒸气反应生成OH自由基。紫外增透窗口片63能够使紫外灯36产生的紫外线更高效率地进入下腔室39内。此外由第六O形圈59、高通滤波片60、第三窗口盖61组成的第三透明窗口用于第二相机35对被捕获液滴从侧面进行图像采集，其中高通滤波片60可以阻挡由紫外灯36产生的紫外线经由窗口射出至下腔室39之外，避免在反应腔外引发光化学反应与对人体的伤害。所述上腔室47顶部设有第一透明窗口，第一透明窗口如图2所示，由第四O形圈48、反应腔盖49、第五O形圈50、第三盖玻片51、第二窗口盖52依次组装密封构成，用于接收照明光光源的输出光；上腔室47侧壁分别设有与湿度控制气路连接的第一转接头53、与臭氧产生气路连接的第二转接头54，还可以预留一个或多个其他反应气体的进气接口，如第三转接头55。隔板44开有若干圆孔，用于使上腔室47中的反应气体进入下腔室39，同时隔板44中心为透明材质，具体地，隔板44中心开有一圆孔，并用胶带将第二盖玻片45贴于其上，使照明光可以通过隔板44的同时反应气体不能通过中间圆孔，避免反应气体气流对被捕获液滴稳定性的干扰。
进一步地，所述湿度控制气路包括压缩空气源和洗气瓶27，其中压缩空气源的出口与洗气瓶27进口连接，压缩空气源的出口与洗气瓶27出口之间设有旁路，通过调节压缩空气源进入洗气瓶27的流量控制湿度；所述臭氧产生气路包括依次连接的压缩空气源和臭氧发生器33；所述有机气溶胶产生气路包括依次连接的压缩空气源和装有挥发性有机物液体的挥发性有机物容器31。其中各气路的压缩空气源可以为同一压缩空气源，且均设有质量流量控制器，以便控制流量，具体地，如图1所示，气路系统具体包括压缩空气源(本实施例为压缩空气钢瓶25)；第一质量流量控制器26；洗气瓶27；第一温湿度传感器28；第二质量流量控制器29；第三质量流量控制器30；挥发性有机物容器31；第四质量流量控制器32；臭氧发生器33；雾化器34；第二温湿度传感器37。雾化器33生成多个液滴并由第四转接头56进入反应腔下腔室39，当单个或多个液滴被捕获后，含剩余液滴气体经第六转接头58由尾气气路排出，尾气气路上还设置排气扇37，增加排气驱动力。压缩空气钢瓶25为进气气流提供正压。第一质量流量控制器26控制的经洗气瓶27的湿气流和第二质量流量控制器29控制的干气流经三通接头汇聚构成湿度控制气路，用于控制被捕获液滴的环境相对湿度。同时，第三质量流量控制器30控制通过挥发性有机物容器31的气流流量，第四质量流量控制器32控制通过臭氧发生器33的气流流量。挥发性有机物容器31内装有挥发性有机物液体，液体蒸发后与臭氧或OH自由基反应生成低挥发性有机物或二次有机气溶胶。低挥发性有机物可凝结在被捕获液滴之上，二次有机气溶胶会与被捕获液滴发生碰并，从而改变被捕获液滴的理化性质。
捕获液滴的光镊产生装置如图1所示，包括沿光路传播依次设置的激光器1；光隔离器2；第一凸透镜3；第二凸透镜4；第三凸透镜6；空间光调制器7；第四凸透镜8；油浸物镜21。进一步地，为缩小装置体积，如图1所示，所述第二凸透镜4与第三凸透镜6之间设有第一反射镜5，第四凸透镜8和油浸物镜21之间依次设有第二反射镜9、第一分光镜10和第四反射镜20用于改变光路传播方向。所述激光器1产生高斯激光束，光隔离器2用于消除回程光束对激光器1的影响，避免损伤激光器1。激光束经第一凸透镜3和第二凸透镜4扩束准直，经第一反射镜5反射并经第三凸透镜6聚焦后进入空间光调制器7。空间光调制器7可以将一束激光调制成多束激光，其被调制激光位置与强度可以通过空间光调制器7进行设置。被调制激光经第四凸透镜8扩束并经第二反射镜9、第一分光镜10与第四反射镜20反射后进入油浸物镜21。油浸物镜21紧贴反应腔下腔室39底部的第二透明窗口的第一盖玻片41，油浸物镜21与第一盖玻片41之间浸入油浸油以提高数值孔径。油浸物镜21会汇聚入射激光束并在第一盖玻片41上方形成单个或多个光阱，当气溶胶液滴被送入反应腔下腔室39之后会被光阱捕获，同时可以反向收集照明光照射液滴后的光和光镊产生装置输出光被液滴散射的信号。
作为一优选方案，还包括第二分光镜11和低通滤波片12，LED灯22生成的照明光经第五凸透镜23聚焦后经油浸物镜21显微与第四反射镜20反射，通过第一分光镜10并由第二分光镜11反射后通过低通滤波片12，进入第一相机13。第一相机13用于从底面实时拍摄被捕获液滴的图像。
作为一更优选方案，还包括第三分光镜14和陷波滤波片15，中性密度滤波片18和用于改变光路方向的第三反射镜17。当液滴被稳定捕获后，入射激光会在液滴上发生散射。散射光中除了与激光频率相同的弹性散射信号外，还有比激光频率更高或更低的成分，即拉曼散射信号。拉曼散射信号经第四反射镜20反射并通过第一分光镜10与第二分光镜11之后，经第三分光镜14反射后通过陷波滤波片15进入光谱仪16，拉曼散射信号被光谱仪16测量，陷波滤波片15用于过滤强弹性散射信号。弹性散射信号经第四反射镜20反射并通过第一分光镜10、第二分光镜11、第三分光镜14之后，经第三反射镜17反射后通过中性密度滤波片18进入光电二极管19，弹性散射信号被光电二极管19测量，中性密度滤波片18用于降低弹性散射信号强度避免损伤光电二极管19。通过分析光谱仪16检测的拉曼散射信号与光电二极管19检测的弹性散射信号可以对反应过程中液滴的相态、形貌、粒径、折射率、官能团信息等理化性质进行探究。同时，通过对空间光调制器7进行设置，可以实现对多个被捕获液滴的操纵，可以用于测量液滴的粘度与表面张力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置，其特征在于，该装置包括光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔内温湿度的温湿度传感器、气路系统；其中，所述气路系统包括液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路和尾气气路；所述信号采集装置包括照明光光源、光谱仪、光电二极管、第一相机与第二相机；所述反应腔包括上下排布、中间以一隔板相隔密封的上腔室与下腔室，所述上腔室顶部设有第一透明窗口，用于接收照明光光源的输出光；上腔室的侧壁设有两个进气口，分别与湿度控制气路、臭氧产生气路连接；所述下腔室底部设有第二透明窗口，用于接收光镊产生装置的输出光、输出照明光光源的输出光照射液滴后的光和光镊产生装置的输出光在液滴上产生的拉曼散射信号和弹性散射信号；照明光光源的输出光照射液滴后的光进入第一相机，拉曼散射信号送入光谱仪检测，弹性散射信号送入光电二极管检测；所述下腔室侧壁设有第三透明窗口和第四透明窗口，其中第三透明窗口外设置第二相机；第四透明窗口用于接收紫外光；下腔室侧壁还设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与液滴产生气路、有机气溶胶产生气路连接，出气口与尾气气路连接；所述隔板中心为透明材质，四周设有若干孔。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液滴产生气路包括依次连接的压缩空气源和雾化器；
所述湿度控制气路包括压缩空气源和洗气瓶，其中压缩空气源的出口与洗气瓶进口连接，压缩空气源的出口与洗气瓶出口之间设有旁路，通过调节压缩空气源进入洗气瓶与旁路的流量控制湿度；
所述臭氧产生气路包括依次连接的压缩空气源和臭氧发生器；
所述有机气溶胶产生气路包括依次连接的压缩空气源和装有挥发性有机物液体的挥发性有机物容器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液滴产生气路、湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路上均设有质量流量控制器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路中的压缩空气源为同一压缩空气源。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述尾气气路包括一排气扇。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光镊产生装置包括沿光路传播依次设置的激光器、光隔离器、第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、空间光调制器、第四凸透镜和油浸物镜；其中所述激光器用于产生高斯激光束，所述光隔离器用于消除回程光束对激光器的影响，第一凸透镜和第二凸透镜用于扩束准直激光束，第三凸透镜用于聚焦激光束；空间光调制器用于将一束激光束调制成多束激光；第四凸透镜用于扩束被调制的激光，最后扩束的激光经油浸物镜汇聚通过第四窗口进入下腔室。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二凸透镜与第三凸透镜之间设有第一反射镜，第四凸透镜和油浸物镜之间依次设有第二反射镜、第一分光镜和第四反射镜。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括第二分光镜和低通滤波片，照明光光源的输出光照射液滴后的光通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、并由第二分光镜反射后通过低通滤波片进入第一相机。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括第三分光镜和陷波滤波片，拉曼散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜并由第三分光镜反射后通过陷波滤波片进入光谱仪。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括中性密度滤波片，弹性散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜后经第三反射镜反射后通过中性密度滤波片进入光电二极管。
CN202210812550.8A 2022-07-11 2022-07-11 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置 Active CN115112632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210812550.8A CN115112632B (zh) 2022-07-11 2022-07-11 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210812550.8A CN115112632B (zh) 2022-07-11 2022-07-11 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115112632A CN115112632A (zh) 2022-09-27
CN115112632B true CN115112632B (zh) 2023-06-02

Family

ID=83333357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210812550.8A Active CN115112632B (zh) 2022-07-11 2022-07-11 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115112632B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115290588B (zh) * 2022-10-09 2022-12-13 东营钧辰石油设备有限责任公司 基于激光技术的油田联合站在线有毒气体检测仪
CN115876748B (zh) * 2023-02-10 2023-05-30 之江实验室 一种高分辨率探测气溶胶拉曼光谱信号的方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801863A (zh) * 2018-04-19 2018-11-13 中国科学院化学研究所 可获取溶液中胶体粒子动力学及成像信息的飞秒光镊系统
CN108918351A (zh) * 2018-05-14 2018-11-30 中国计量大学 基于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置
US11016280B1 (en) * 2020-03-10 2021-05-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Optical trapping of airborne particles using dual counter-propagating hollow conical beams
CN114088478A (zh) * 2022-01-24 2022-02-25 之江实验室 用于悬浮光镊捕获气溶胶的方法和装置
CN114383984A (zh) * 2021-12-06 2022-04-22 浙江大学 一种捕获颗粒物并测量其相态、形貌和化学组分的系统
CN114509311A (zh) * 2022-04-20 2022-05-17 浙江大学 一种悬浮光镊高效捕获气溶胶的装置及其应用方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105466822B (zh) * 2016-02-06 2018-03-06 无锡迈通科学仪器有限公司 气溶胶实时监测仪

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801863A (zh) * 2018-04-19 2018-11-13 中国科学院化学研究所 可获取溶液中胶体粒子动力学及成像信息的飞秒光镊系统
CN108918351A (zh) * 2018-05-14 2018-11-30 中国计量大学 基于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置
US11016280B1 (en) * 2020-03-10 2021-05-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Optical trapping of airborne particles using dual counter-propagating hollow conical beams
CN114383984A (zh) * 2021-12-06 2022-04-22 浙江大学 一种捕获颗粒物并测量其相态、形貌和化学组分的系统
CN114088478A (zh) * 2022-01-24 2022-02-25 之江实验室 用于悬浮光镊捕获气溶胶的方法和装置
CN114509311A (zh) * 2022-04-20 2022-05-17 浙江大学 一种悬浮光镊高效捕获气溶胶的装置及其应用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115112632A (zh) 2022-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115112632B (zh) 一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置
CN114383984B (zh) 一种捕获颗粒物并测量其相态、形貌和化学组分的系统
KR101623787B1 (ko) 휴대용 생물입자 실시간 검출장치
US7142298B2 (en) Particulate monitor
KR101041768B1 (ko) 일산화탄소-이산화탄소 성분 동시 측정 장치
US3971951A (en) Apparatus for measuring two different fluorescences of a sample
JPH06105249B2 (ja) 液中の不純物測定方法及び装置
US20130301051A1 (en) Scattering light source multi-wavelength photometer
CN101819140A (zh) 气态单质汞浓度的连续监测装置和方法
Hoch et al. An instrument for measurements of BrO with LED-based cavity-enhanced differential optical absorption spectroscopy
US4045679A (en) Fluorescent gas analyzer
CN101661000A (zh) 一种基于分光镜的应用于单离子微束装置的新型离子探测系统
CN109342348A (zh) 一种双通道红外气体传感器
RU2360229C2 (ru) Фотоэлектрический измеритель концентрации и дисперсного состава аэрозолей
CN209182234U (zh) 一种双通道红外气体传感器
Jobert et al. A miniaturized optical sensor for fire smoke detection
Nakayama et al. Measurements of aerosol optical properties using spectroscopic techniques
CN118464872B (zh) 一种基于电悬浮和光悬浮联用的气溶胶分析系统和方法
JP2005172626A (ja) 変調マルチチャンネル分光器
JPH10253529A (ja) 液体クロマトグラフ装置用センサー
CN118641441A (zh) 煤尘检测装置及煤尘检测方法
CN219694923U (zh) 一种基于光镊-拉曼光谱联用技术的多液滴悬浮表征装置
CN108613966B (zh) 光路转换镜、基于拉曼光谱分析的检测系统
JPH1019763A (ja) 分光セル
JP2024149462A (ja) エアロゾルを分析するレーザー誘導分光分析装置（Ａ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｅｒｏｓｏｌ）

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