CN116625941A - 一种非旋转式旋光仪及测量旋光度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非旋转式旋光仪及测量旋光度方法，包括仪器底座，在所述仪器底座上设置有：光源，为旋光仪提供白光光源；滤光片模组，根据测量需要，调用不同波段的滤光片；分光棱镜，将不同方向所述光源产生的光合并，并向同一方向射出；积分球，将所述分光棱镜打入的入射光变成完全随机偏振的自然光；第一准直镜，将所述积分球出射的自然光转变为平行光；起偏器，将经所述第一准直镜转变形成的平行光转变为线偏振光；检偏器，线偏振光打到所述检偏器上，形成特定光场分布；成像组件，对所述检偏器进行成像，并将采集到的图像进行分析；所述起偏器与所述检偏器之间为测量区，旋光物质放置于所述测量区测量其旋光度。
Description
技术领域
本发明涉及旋光仪技术领域，特别涉及一种非旋转式旋光仪及测量旋光度方法。
背景技术
旋光仪是测定物质旋光度的仪器，通过对样品旋光度的测量，可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。广泛应用于制药、药检、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工业生产，科研、教学部门，用于化验分析或过程质量控制。
现有的旋光仪使用两个线偏振片进行旋光度测试，在使用时需要先将两块线偏振片进行位置校准，找到亮度最暗的角度，然后在两块偏振片中间放入旋光物质，这会使到达第二块偏振片的光的偏振方向发生改变，此时改变第二个偏振片的角度，再次找到亮度最暗的角度，这个角度与前一个角度的差就是旋光度。
作为检偏器的第二线偏振片需要通过旋转寻找亮度最暗的角度，校准的速度受电机速度影响，并且测量精度（包括定位精度、重复精度、回程误差等）受电机精度影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非旋转式旋光仪，将矢量偏振片作为检偏器替换传统线偏振片无需旋转即可校准，且测量精度高。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种非旋转式旋光仪，包括仪器底座，在所述仪器底座上设置有：
光源，为旋光仪提供白光光源；
滤光片模组，根据测量需要，调用不同波段的滤光片；
分光棱镜，将不同方向所述光源产生的光合并，并向同一方向射出；
积分球，将所述分光棱镜打入的入射光变成完全随机偏振的自然光；
第一准直镜，将所述积分球出射的自然光转变为平行光；
起偏器，将经所述第一准直镜转变形成的平行光转变为线偏振光；
检偏器，线偏振光打到所述检偏器上，形成特定光场分布；
成像组件，对所述检偏器进行成像，并将采集到的图像进行分析；
所述起偏器与所述检偏器之间为测量区，旋光物质放置于所述测量区测量其旋光度。
优选的，所述起偏器的主体为矢量偏振片，其偏振方向沿中心对称分布，在极坐标中，同一极角下的偏振方向保持一致，极径上的偏振方向与X轴的夹角，跟随极角线性变化。
优选的，所述分光棱镜为多面体，其中朝向所述积分球方向为出射光方向，其余均为入射光方向。
优选的，所述光源设置有多个，分别朝向所述分光棱镜的多个入射光方向照射。
优选的，在所述光源与所述分光棱镜之间设有第二准直镜，使得所述光源出射的自然光转变为平行光射入所述分光棱镜中。
优选的，所述滤光片模组包括模组固定座和滤光片旋转座，所述滤光片旋转座绕中心轴线均匀开设有多个安装孔，以供不同波段的滤光片的安装；并且所述滤光片旋转座的中心轴贯穿并与所述模组固定座转动连接；通过旋转所述滤光片旋转座切换不同波段的滤光片。
优选的，在所述分光棱镜与所述积分球之间设有聚光镜，能够将合并后的光汇聚打入所述积分球中。
优选的，所述成像组件包括远心镜头和面阵相机，所述远心镜头安装于面阵相机的前端，由所述面阵相机拍摄所述检偏器的像。
优选的，所述仪器底座上均匀间隔开设有多排安装位，所述光源、所述滤光片模组、所述分光棱镜、所述积分球、所述第一准直镜、所述起偏器、所述检偏器和所述成像组件分别通过安装座可拆卸地安装于所述仪器底座上，且均能够通过不同的安装位改变安装位置。
本发明还提供了一种非旋转式旋光仪测量旋光度的方法，包括如下步骤：
步骤（A）：打开设备，包括光源2和成像组件9；
步骤（B）：拨动滤光片旋转座302选取合适波段的滤光片至对应位置；
步骤（C）：此时成像组件9的面阵相机采集一张图像作为参考；
步骤（D）：在起偏器7与检偏器8之间测量区10放置待测的旋光物质；
步骤（E）：再次通过成像组件9的面阵相机采集一张图像作为对照；
步骤（F）：计算机分析两张图像，得到样品的旋光度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该非旋转式旋光仪校准速度快，不需要电机转动，同时非旋转式旋光仪拍摄一张图片与标准角度对照，就可以得到旋光度，测量速度快，效率更高；
2.该非旋转式旋光仪精度高，整个检测过程中，起偏器和检偏器的线偏振片和矢量偏正片都不动，不受待测样本影响，没有电机的定位精度差影响测量精度的问题；
3.该非旋转式旋光仪的样本量大，从一张图中可以采集到多组样本，（一般为几百组），相当于现有旋转式旋光仪对同一份测量几百次才能得到的样本数量。
附图说明
图1是本发明提供的一种非旋转式旋光仪第一视角的结构示意图；
图2是本发明提供的一种非旋转式旋光仪第二视角的结构示意图；
图3是本发明提供的一种非旋转式旋光仪的俯视图；
图4是本发明提供的偏振方向始终平行于极径的矢量偏振片的示意图；
图5是本发明提供的偏振方向始终垂直于极径的矢量偏振片的示意图；
图6是本发明提供的一种非旋转式旋光仪的部分结构示意图；
图7是本发明提供的一种非旋转式旋光仪滤光片模组的结构示意图。
图中：1、仪器底座；2、光源；3、滤光片模组；4、分光棱镜；5、积分球；6、第一准直镜；7、起偏器；8、检偏器；9、成像组件；10、测量区；11、第二准直镜；12、聚光镜；301、模组固定座；302、滤光片旋转座；303、安装孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作出的进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明提供了一种非旋转式旋光仪，请参阅图1-3，包括仪器底座1，其特征在于，在所述仪器底座1上设置有：为旋光仪提供白光光源的光源2，滤光片模组3，能够根据测量需要，调用不同波段的滤光片；分光棱镜4，将不同方向所述光源2产生的光合并，并向同一方向射出；积分球5，将所述分光棱镜4打入的入射光变成完全随机偏振的自然光；第一准直镜6，将所述积分球5出射的自然光转变为平行光；起偏器7，将经所述第一准直镜6转变形成的平行光转变为线偏振光；检偏器8，线偏振光打到所述检偏器8上，形成特定光场分布；成像组件9，对所述检偏器8进行成像，并将采集到的图像进行分析；所述起偏器7与所述检偏器8之间为测量区10，旋光物质放置于所述测量区10测量其旋光度。
具体的，所述仪器底座1上均匀间隔开设有多排安装位，所述光源2、所述滤光片模组3、所述分光棱镜4、所述积分球5、所述第一准直镜6、所述起偏器7、所述检偏器8和所述成像组件9分别通过安装座可拆卸地安装于所述仪器底座1上，且均能够通过不同的安装位改变安装位置。
具体的，所述起偏器7的主体为矢量偏振片，其偏振方向沿中心对称分布，在极坐标中，同一极角下的偏振方向保持一致，极径上的偏振方向与X轴的夹角，跟随极角线性变化（即同一极角下的偏振方向保持一致，并且所有区域的偏振方向与极径的夹角相同）。与普通旋光仪使用检偏器（线偏振片）的偏振分布不一样，线偏振片具有单一的方向性，当某一偏振方向的线偏振光入射经过线偏振片时，出射光光强遵循马吕斯定律，夹角为入射光线偏振方向和检偏器线偏振方向。
进一步的，本发明可以使用如图4所示的偏振方向始终平行于极径的矢量偏振片，也可以使用如图5所示的偏振方向始终垂直于极径的矢量偏振片，同时所有形式的矢量偏振片均可实现非旋转式旋光度测量。本发明中的非旋转式旋光仪优先选用偏振方向始终垂直于极径的矢量偏振片。
具体的，请同时参阅图6，所述分光棱镜4为多面体，其中朝向所述积分球5方向为出射光方向，并且所述光源2也设置有多个，分别朝向所述分光棱镜4的多个入射光方向照射，多个光源在分光棱镜4的作用下将不同方向的光合并，并向同一方向射出。
在一些实施例中，可以在光源与分光棱镜之间增加新的分光棱镜的数量来达到增加光源数量的目的。
具体的，在所述光源2与所述分光棱镜4之间设有第二准直镜11，使得所述光源2出射的自然光转变为平行光射入所述分光棱镜4中。
具体的，请参阅图7，所述滤光片模组3包括模组固定座301和滤光片旋转座302，所述滤光片旋转座302绕中心轴线均匀开设有多个安装孔303，以供不同波段的滤光片的安装；并且所述滤光片旋转座302的中心轴贯穿并与所述模组固定座301转动连接；通过旋转所述滤光片旋转座302切换不同波段的滤光片。
进一步的，在所述分光棱镜4与所述积分球5之间设有聚光镜12，能够将合并后的光汇聚打入所述积分球5中。
具体的，所述成像组件9包括远心镜头和面阵相机，所述远心镜头安装于面阵相机的前端，由所述面阵相机拍摄所述检偏器8的像。
在一些实施例中，所述成像组件9也可使用透镜搭建4f系统代替。
在一些实施例中，所述测量区10内设置有样品台，用于承载待测样品，由所述面阵相机拍摄所述检偏器8的成像，并将采集到的图像进行分析，从而测量待测样品的旋光度。
实施例二
本发明还提供了一种非旋转式旋光仪测量旋光度的方法，包括如下步骤：
步骤A：打开设备，包括光源2和成像组件9；
步骤B：拨动滤光片旋转座302选取合适波段的滤光片至对应位置；
步骤C：此时成像组件9的面阵相机采集一张图像作为参考；
步骤D：在起偏器7与检偏器8之间测量区10放置待测的旋光物质；
步骤E：再次通过成像组件9的面阵相机采集一张图像作为对照；
步骤F：计算机分析两张图像，得到样品的旋光度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种非旋转式旋光仪，包括仪器底座（1），其特征在于，在所述仪器底座（1）上设置有：
光源（2），为旋光仪提供白光光源；
滤光片模组（3），根据测量需要，调用不同波段的滤光片；
分光棱镜（4），将不同方向所述光源（2）产生的光合并，并向同一方向射出；
积分球（5），将所述分光棱镜（4）打入的入射光变成完全随机偏振的自然光；
第一准直镜（6），将所述积分球（5）出射的自然光转变为平行光；
起偏器（7），将经所述第一准直镜（6）转变形成的平行光转变为线偏振光；
检偏器（8），线偏振光打到所述检偏器（8）上，形成特定光场分布；
成像组件（9），对所述检偏器（8）进行成像，并将采集到的图像进行分析；
所述起偏器（7）与所述检偏器（8）之间为测量区（10），旋光物质放置于所述测量区（10）测量其旋光度。
2.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述起偏器（7）的主体为矢量偏振片，其偏振方向沿中心对称分布，在极坐标中，同一极角下的偏振方向保持一致，极径上的偏振方向与X轴的夹角，跟随极角线性变化。
3.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述分光棱镜（4）为多面体，其中朝向所述积分球（5）方向为出射光方向。
4.如权利要求3所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述光源（2）设置有多个，分别朝向所述分光棱镜（4）的多个入射光方向照射。
5.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，在所述光源（2）与所述分光棱镜（4）之间设有第二准直镜（11），使得所述光源（2）出射的自然光转变为平行光射入所述分光棱镜（4）中。
6.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述滤光片模组（3）包括模组固定座（301）和滤光片旋转座（302），所述滤光片旋转座（302）绕中心轴线均匀开设有多个安装孔（303），以供不同波段的滤光片的安装；并且所述滤光片旋转座（302）的中心轴贯穿并与所述模组固定座（301）转动连接；通过旋转所述滤光片旋转座（302）切换不同波段的滤光片。
7.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，在所述分光棱镜（4）与所述积分球（5）之间设有聚光镜（12），能够将合并后的光汇聚打入所述积分球（5）中。
8.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述成像组件（9）包括远心镜头和面阵相机，所述远心镜头安装于面阵相机的前端，由所述面阵相机拍摄所述检偏器（8）的像。
9.如权利要求1所述的一种非旋转式旋光仪，其特征在于，所述仪器底座（1）上均匀间隔开设有多排安装位，所述光源（2）、所述滤光片模组（3）、所述分光棱镜（4）、所述积分球（5）、所述第一准直镜（6）、所述起偏器（7）、所述检偏器（8）和所述成像组件（9）分别通过安装座可拆卸地安装于所述仪器底座（1）上，且均能够通过不同的安装位改变安装位置。
10.一种使用权利要求1～9中任一项所述的非旋转式旋光仪测量旋光度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（A）：打开设备，包括光源（2）和成像组件（9）；
步骤（B）：拨动滤光片旋转座（302）选取合适波段的滤光片至对应位置；
步骤（C）：此时成像组件（9）的面阵相机采集一张图像作为参考；
步骤（D）：在起偏器（7）与检偏器（8）之间测量区（10）放置待测的旋光物质；
步骤（E）：再次通过成像组件（9）的面阵相机采集一张图像作为对照；
步骤（F）：计算机分析两张图像，得到样品的旋光度。
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