CN116297260A - 一种高灵敏度方形金属毛细管光度计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，涉及光度计技术领域，该光度计主要包括：光源、第一反射镜、方形金属毛细管、第二反射镜以及光电探测器，光源和光电探测器分别设置于方形金属毛细管的两端；第一反射镜贴在方形金属毛细管设置有光源的一端，第二反射镜贴在方形金属毛细管设置有光电探测器的一端；第一反射镜上设置有第一小孔，第二反射镜上设置有第二小孔，第一小孔和第二小孔在轴向方向不对称。本发明利用带孔反射镜与方形金属毛细管的组合，让光在金属管中多次反射，提高光程，从而提高检测限。本发明的光度计具有光路简单紧凑、灵敏度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光度计技术领域，尤其涉及一种高灵敏度方形金属毛细管光度计。
背景技术
光度计的检测原理是基于物质对光(光的波长)的吸收特征，不同的物质都有各自的吸收光谱，所以，当光通过某一溶液时，其中某些波长的光线就会被溶液吸收。在一定的波长下，溶液中物质的浓度与光能量减弱的程度有一定的比例关系，即符合比尔定律。
在实际工作中，光度计对于低浓度溶液或气体，其吸收度很低，则产生比尔定律偏差，影响测试结果的准确性及灵敏度。因此，为了保证仪器检测结果的准确，应保持吸光度在合理的范围内。而吸光度与光程长度成正比，光程长度越大，吸光度越高，测试结果的准确性及灵敏度也就越高。
当前光度计通常采用比色皿、比色池等样本机构，然而，比色皿作为样品池，其光程长度有限，存在灵敏度低、样品需求量高的缺陷。在对传统比色皿的改进方案中，如专利CN 210108938 U公开了侧壁镀反射膜的比色皿，光束可以在比色皿的两个侧壁之间来回反射传输，从而提高光程。但是，该方案存在以下缺点：
(1)除了两个镀膜的侧壁之外，其他侧壁(特别是比色皿的开口)仍是透明或透光的，光束容易从透明侧壁泄露，因此需要严格对准(需要采用弧形或折线结构)，而且反射次数有限(易于泄露)；
(2)比色皿的两个侧壁间距通常小于1cm(由于待测样品的需求量不能太多，因此比色皿的体积也有限，相应的侧壁间距也受限)，因此每次反射光程的增加量是有限的(<1cm)；
(3)由于反射次数和侧壁间距均有限，因此光程也受限(光程＝反射次数×侧壁间距)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，通过增加光程以提高检测灵敏度。
为此，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，所述光度计主要包括：光源、第一反射镜、方形金属毛细管、第二反射镜以及光电探测器；
光源和光电探测器分别设置于方形金属毛细管的两端；
第一反射镜贴在方形金属毛细管设置有光源的一端，第二反射镜贴在方形金属毛细管设置有光电探测器的一端；
第一反射镜上设置有第一小孔，第二反射镜上设置有第二小孔，第一小孔和第二小孔在轴向方向不对称。
进一步地，光源，选自LED或者发热灯丝。
进一步地，反射镜为介质膜反射镜、超材料反射镜或金属反射镜。
进一步地，方形金属毛细管的截面短边和长边长分别为0.1mm和4～20mm，方形金属毛细管的长5～10cm。
进一步地，方形金属毛细管为不锈钢金属管。
进一步地，方形金属毛细管内壁经过电解抛光。
进一步地，第一小孔和第二小孔的尺寸小于方形金属毛细管截面的短边长。
本发明提供的高灵敏度方形金属毛细管光度计，具有以下技术效果：
(1)本发明的方形金属毛细管光度计，光是沿着方形金属毛细管的轴向传输(即轴向反射)，光每反射一次，光程增加一倍金属管长度(增加的光程＝毛细管长度)，光程可以是方形金属毛细管长度的几倍(由于毛细管的截面积很小，在保持毛细管体积不变的情况下，可以增加毛细管长度)，因此光程得到大幅提升，进而提高检测灵敏度。而且方形金属毛细管与圆形金属管在相同光程时还具有样品需求量少的优点。
(2)本发明的方形金属毛细管光度计，除了入射孔和出射孔之外，毛细管内部被金属反射镜所包围(除了两端的反射镜，毛细管自身为金属材质，其内壁也可以反射光线)，因此光线可以得到更好的约束(只有两个小孔可以泄露光线)，并经历更多次的反射。本发明通过在金属管端口处引入反射镜，利用带小孔反射镜与金属管的组合，将光限制在金属管内部，有效抑制光从端口和侧壁泄露，光在两端反射镜上反射，从而最大程度增加光程和降低光反射光损失与背景光的影响。
(3)本发明的方形金属毛细管光度计，对于矩形截面积的毛细管，可以在保持截面积不变的情况下(即毛细管体积保持不变)，缩小截面的宽度，增大截面的长度(即两个孔的间距)，从而增加反射次数。因此，本发明可以通过采用“全封闭”的毛细管结构，实现更多的反射次数，同时沿着毛细管轴向传输获得更大的光程增加量，而且通过矩形截面设计进一步增加反射次数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光度计的结构示意图；
图2为本发明实施例中方形金属毛细管截面图；
图中：1、光源；2、反射镜；3、方形金属毛细管；4、反射镜；5、光电探测器；6、第一小孔；7、第二小孔；8、光线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明提供一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，该光度计主要包括：光源1、第一反射镜2、方形金属毛细管3、第二反射镜4以及光电探测器5，光源1和光电探测器5设置于方形金属毛细管3的两端。
其中，光源，选自LED或者发热灯丝。
方形金属毛细管3的方形截面为长方形，其边长分为长边边长和短边边长。短边边长和长边边长分别为0.1mm和4～20mm，方形金属毛细管3的长5～10cm。方形金属毛细管3可以是不锈钢金属管。其中，方形金属毛细管3内壁经过电解抛光。
第一反射镜2和第二反射镜4用于反射光，反射镜可以是介质膜反射镜、超材料反射镜和金属反射镜。第一反射镜2贴在方形金属毛细管3设置有光源1的一端，位于光源1和方形金属毛细管3之间，第二反射镜4贴在方形金属毛细管3设置有光电探测器5的一端，位于方形金属毛细管3和光电探测器5之间。
第一反射镜2上设置有第一小孔6，第二反射镜4上设置有第二小孔7，第一小孔6，也就是光源测的小孔让光进入方形金属毛细管3内，沿毛细管两端来回反射传输，同时在反射镜上的反射点沿着方形管的长边方向来回移动，光在两端反射镜多次反射后，从第二小孔7，也就是探测器端的小孔射出，两端小孔不是轴对称的，以防止光从入射孔直接射到出射孔。即第一小孔6和第二小孔7位于方形金属毛细管3截面长边的两侧，此时两个小孔之间的横向距离最长，在入射角相同的条件下，反射次数最多，光程最长。为了避免光的泄露和直接射到金属管内壁上，第一小孔6和第二小孔7的尺寸小于方形金属毛细管3截面的短边长。为了避免光从入射孔直接射到出射口，此时光程只有金属管的物理长度，第一小孔6和第二小孔7在轴向方向不对称。
光电探测器5，用于探测方形金属毛细管3内的待测物的吸光度。
光源1发射的光8，通过第一小孔6进入方形金属毛细管3，并沿着方形金属毛细管3的轴向传输，光8在方形金属毛细管3两端的第一反射镜2和第二反射镜4之间来回反射，使光程增加。光8被约束在方形金属毛细管3内传输，并从小孔7的输出，后被光电探测器5接收。
为了便于理解，下面以一具体示例对本发明中的高灵敏度方形金属毛细管光度计进行说明。
如图1所示，光度计包括：宽谱光源(钨灯)1；方形金属毛细管3；光电探测器5；置于毛细管3两端的反射镜2和4。其中，如图2所示，毛细管3的截面是方形的，反射镜2和4的两个小孔6和7位于毛细管3端面的上下两侧。毛细管的长度100mm，毛细管的截面边长为0.1mm和20mm(即第一小孔6和第二小孔7的间距接近20mm，本实施例为18mm)。由于边长很短(0.1mm)，因此毛细管的体积很小(0.1×20×100mm3＝0.2ml)。
待测样品(如含水的煤油)置于毛细管3内，光源1发射的光束8从第一小孔6进入毛细管3内，并在反射镜2和4之间来回反射传输(实现光程增加)，最后从第二小孔7出来，并被光电探测器5所接收。
由于水具有特点的吸收光谱，因此通过检测透过第二小孔7的光束的光谱，可以获知煤油中的含水量。
在另一实施例中，在维持毛细管体积不变的情况下，减小截面的一个边长(0.1mm或更小)，增加截面的另一边长(20mm或更大)或长度(100mm或更大)，从而获得更多的反射次数和光程增加量。
相比除了两个镀膜的侧壁之外，其他侧壁(特别是比色皿的开口)仍是透明或透光的比色皿，本发明实施例中的方形金属毛细管光度计，除了入射孔和出射孔之外，毛细管内部被金属反射镜所包围(除了两端的反射镜，毛细管自身为金属材质，其内壁也可以反射光线)，因此光线可以得到更好的约束(只有两个小孔可以泄露光线)，并经历更多次的反射。本发明通过在金属管端口处引入反射镜，利用带小孔反射镜与金属管的组合，将光限制在金属管内部，有效抑制光从端口和侧壁泄露，光在两端反射镜上反射，从而最大程度增加光程和降低光反射光损失与背景光的影响。
相比两个侧壁间距通常小于1cm，每次反射光程的增加量<1cm的比色皿，本发明实施例中的方形金属毛细管光度计，光是沿着方形金属毛细管的轴向传输(即轴向反射)，光每反射一次，光程增加一倍金属管长度(增加的光程＝毛细管长度，毛细管长度为5～10cm)，光程可以是方形金属毛细管长度的几倍(由于毛细管的截面积很小，在保持毛细管体积不变的情况下，可以增加毛细管长度)，因此光程得到大幅提升，进而提高检测灵敏度。而且方形金属毛细管与圆形金属管在相同光程时还具有样品需求量少的优点。
相比反射次数和侧壁间距均有限的比色皿，本发明实施例中的方形金属毛细管光度计，对于矩形截面积的毛细管，可以在保持截面积不变的情况下(即毛细管体积保持不变)，缩小截面的宽度，增大截面的长度(即两个孔的间距)，从而增加反射次数。因此，本发明可以通过采用“全封闭”的毛细管结构，实现更多的反射次数，同时沿着毛细管轴向传输获得更大的光程增加量，而且通过矩形截面设计进一步增加反射次数。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，所述光度计主要包括：光源(1)、第一反射镜(2)、方形金属毛细管(3)、第二反射镜(4)以及光电探测器(5)；
光源(1)和光电探测器(5)分别设置于方形金属毛细管(3)的两端；
第一反射镜(2)贴在方形金属毛细管(3)设置有光源(1)的一端，第二反射镜(4)贴在方形金属毛细管(3)设置有光电探测器(5)的一端；
第一反射镜(2)上设置有第一小孔(6)，第二反射镜(4)上设置有第二小孔(7)，第一小孔(6)和第二小孔(7)在轴向方向不对称。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，光源为LED或者发热灯丝。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，反射镜为介质膜反射镜、超材料反射镜或金属反射镜。
4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，方形金属毛细管(3)的截面短边和长边长分别为0.1mm和4～20mm，方形金属毛细管(3)的长5～10cm。
5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，方形金属毛细管(3)为不锈钢金属管。
6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，方形金属毛细管(3)内壁经过电解抛光。
7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度方形金属毛细管光度计，其特征在于，第一小孔(6)和第二小孔(7)的尺寸小于方形金属毛细管(3)截面的短边长。
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