CN117949398A - 一种固体表面的数字化物质信息获取装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体表面的数字化物质信息获取装置，包括依次设置的组合面光源、凸透镜、样品固定盘和摄像装置。组合面光源发射光线照射样品固定盘上的平面固体样品；凸透镜设置在组合面光源和样品固定盘之间，用于将组合面光源发射的光线聚焦成像在平面固体样品表面；摄像装置采集所呈的像，并数字化记录，作为待测样品的数字化物质信息。本发明所述装置和使用方法是一种简单和方便的获取物质大数据的手段。整个设备的成本可降低到类似用途设备的几分之一。
Description
技术领域
本发明涉及物质分析领域，具体为一种固体表面的数字化物质信息获取装置及方法。
背景技术
在科学技术领域中，光谱分析特别是对物质的吸收光谱特性，以及由吸收光谱特性推演开的其他相关联的性质进行分析测定，是获取物质信息的一种重要手段和方式。
物质的光谱信息对于表征物质的组成及其性质具有重要的作用。对光谱设备的改进和不断发展，要显著的推动此类检测技术的广泛应用，并且因此而建立起更加完善的数据库体系。专利申请文件（申请号：CN201810770093.4）通过利用组合光谱的方法，来形成快速和成本低廉的液相待测样品分析的光谱技术。它同样也可以通过进一步的发展，应用于固体样品。
固体物质表面对光线的反射，与该种物质的组成和性质有很大关系。这个反射光线中某一些波长的光线会被固体物质部分吸收；同时也会由于激发作用，而产生出一些其他波长组成的光线。在入射光线组成比较复杂的时候，反射光线所发生的变化也是很复杂的。但这些变化是受到物质组成性质的影响。所以反过来这些光线的变化，也能部分反映出特定物质的自身信息。所以对这些信息的搜集就可以很好的构建一类表征固体表面物质信息的方法。
发明内容
本发明提供一种固体表面的数字化物质信息获取装置及方法，成本低廉，操作简单，可以实现对固体表面分析工作的大面积覆盖，高效的得到大量的数字化物质信息。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，包括依次设置的组合面光源、凸透镜、样品固定盘和摄像装置；
所述的样品固定盘用于担载固定待测的平面固体样品；也可以同时承载标准校正样品，使得待测和标准样品同时检测和对比；
所述的组合面光源用于发射光线照射所述的样品固定盘上的平面固体样品；
所述的组合面光源包括至少2个子单元，每个子单元发射紫外光和/或可见光，每个子单元发射出光线的波长和/或强度不同；
所述的凸透镜设置在组合面光源和样品固定盘之间，用于将组合面光源发射的光线聚焦成像在样品固定盘上的平面固体样品表面；通过调节物距获得放大或缩小的实像；
所述的摄像装置的对焦面为平面固体样品表面；
所述的摄像装置用于采集组合面光源在平面固体样品表面所呈的像，并数字化记录，进而，将待测物质信息数字化。由于光源和整个系统都是稳定的，所以一般情况下对一个样品采集一张图像。但是出于降低统计误差的需求，也可以针对一个样品重复的采集多张图像进行平均。
进一步，所述的组合面光源由二维共面拼接的独立发光光源组成，每一个独立发光光源为一个子单元。
进一步，所述的组合面光源包括依次设置的初级光源、用于光线调制的光学器件和面组合滤光片；所述的光学器件包括表面磨砂处理的通光片材、对初级光源发射光线中的对应波段进行吸收截留的滤光片、减光片和滤镜中的至少一种。再进一步，面组合滤光片是指一种透明的片状部件，其包括透明基板，以及设置在透明基板上的多种薄膜通过不同薄膜类型以及不同厚度的设置形成与组合面光源子单元一一对应的光吸收区域。
进一步，面组合滤光片是指一种透明的片状部件，其包括透明基板，以及通过化学打印或印刷设置的与组合面光源子单元一一对应的光吸收区域。
优选的，还包括图像处理装置；所述的图像处理装置连接在摄像装置的输出端，用于对摄像装置采集的数字图像数据进行存储和处理，获取反应待测固体表面的光谱吸收特性的数字化图像信息，作为该固体表面的数字化物质信息。
进一步，所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，在外侧设置有一个遮光的外壳。目的是总体设备的光路不受环境光线的污染和影响。
优选的，所述的摄像装置对紫外光进行采集时，面组合光源发射紫外光；所述的凸透镜采用透紫外线的材质。
一种固体表面的数字化物质信息获取方法，基于上述任意一项所述的装置，利用组合面光源发射光线，通过凸透镜将此光线聚焦成像在样品固定盘上的平面固体样品表面；摄像装置采集组合面光源在平面固体样品表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测样品的数字化物质信息。
进一步，还包括待测固体样品获得平整表面的前处理步骤；对于颗粒粉末材料，所述的前处理步骤包括研磨、压制、抹平操作之一或其组合；对于单一块状材料，所述的前处理步骤包括选择合适表面区域、打磨操作之一或其组合。
进一步，还包括对待测固体样品进行化学前处理的步骤；所述的步骤是执行液相或者气相的化学物质对待测固体样品浸泡、喷施、气相反应处理操作之一或其组合。这个操作的优势是可以让固相样品的性质在受到化学物质的作用下发生变化，使得它们对光谱的作用得到加强。只要是实现相同的目的，这个操作可以放在最终获得摄像图像信息前的任何一个环节里进行操作。特别是对于制备好平整表面的固体样品，一种比较方便的操作是通过定量表面喷雾（例如超声喷雾）的方法进行这个步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明能够将很多复杂的固体表面样品的物质信息进行数字化呈现，这种呈现的外在形式是一种以图象体现的大数据数组。这个数组包含了原来待测物质的大数量的信息，通过现有的数据挖掘或者是深度学习等人工智能算法能够对这些信息的进行进一步的解释和说明。
本发明所述装置是一种极其简单的获取物质大数据的手段。通过组合面光源和摄像装置的配合，使得整个设备的成本可能降低到类似的设备的几分之一。这些类似的设备，例如我们通常用于研究复杂物质的一些光谱仪器。
同时采用现有的算法获取数据的速度也比常规的扫描光谱技术要快。
而且在整个的使用成本方面，检测过程中的消耗几乎为零成本，能够实现随时检测，操作简单方便。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中所述可见光组合面光源的结构示意图；
图3为本发明实施例14所述装置的结构示意图；
图4为紫外组合面光源的示意图；
图5为紫外面组合滤光片16个发光单元的表面组合示意图；
图6-图7为本发明实例26所述的各种打印模板的示意图；
图8为本发明实例13中工况的结构示意图。
图中：1是可见光组合面光源；2是可见光摄像装置；3是凸透镜；4是样品固定盘；5是初级点光源；6是磨砂玻璃；7是面组合滤光片；8是紫外光组合面光源；9是紫外摄像装置，10是紫外滤光片；11是磨砂石英玻璃；12是石英凸透镜；13是刚性支架；14是遮光的外壳；15是平面固体样品。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种固体表面的数字化物质信息获取装置及方法，首先利用组合面光源1发射光线，再调控光线穿过凸透镜3，将组合面光源发射的光线聚焦成像在样品固定盘4上的平面固体样品15表面；设置摄像装置的对焦面为平面固体样品15表面；采集组合面光源在平面固体样品15表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测样品的数字化物质信息。
其中，组合面光源1的发光面可以划分为大于等于n个的子单元，n为大于1的整数，其中有n个单元发射出来的光线，在波长组成、强度和能量方面，具有各自不同的特性；这里的n值根据信息量和对样品的特性的实际表现能力来进行选择；按照波长来说，组合面光源1包含紫外和可见光波段的一部分或全部。
组合面光源1释放出来的光线，空间上具有不同的特性分布，这个是形成后期，吸收后光线信息复杂度的基础。不仅能够取值为10、20、50、100、200；为了获得更强数据获取能力和后期相关指标的分析能力，n的数值可以选择的更大，结合合适的光源制备方法，可以方便的实现几百、几千，甚至数百万的级别。
这里所说的发光面上的子单元，在实际的应用中，我们希望它们之间具有足够的差异性。能够对研究的光谱区域内的波长和光强，以及它们之间的组合，具有较好的覆盖度。也就是这些子单元所具有的各自的光线特性，能够在最大程度上代表所研究的光谱区域。这个代表性主要受制于子单元的个数，以及各个单元所具有的差异性。一般情况下，当子单元的个数较少时，希望每个子单元之间的差异性更大，而当个数较大时，彼此之间的差异性会相对小很多，在空间的分布也会连续很多。
对于组合面光源1的器件实现方法，主要通过两个总技术路线来实现，一个是构建独立发光的小光源，然后把数个这样的光源二维拼接在面上来构成。另外一个实现的技术路线是，先通过一个总体的光源产生波长组成丰富的光线，然后采用组合滤光的方法来实现。这里所说的滤光是指对光线中的某些成分进行截留，而让其他部分通过的操作。组合滤光就是指将不同的滤光效果组织在一个面上，这样实际的出射光线就是组合面光源1。这一种技术路线，通过设置合适的光学器件，将可以获得非常丰富和可控的组合面光源。
本发明采用后一种技术方案，组合面光源1包括初级光源、用于光线调制的光学器件和面组合滤光片。这里说的用于光线调制的光学器件主要是对初级光源具有光线调节作用。具体举例以下几种，也可以使用其组合形式。一种是表面磨砂处理的通光片材，使光线变得均匀柔和。一种是对初级光源所释放出来的光线中的某些波段，具有吸收截留作用的滤光片。一种是减光片，用于光线强度的调减。一种是滤镜，例如凸透镜，用于调制出平行光线。
总的来说，面组合滤光片是指一种片状部件，在其面上的不同区域，分布有不同吸光特性的光吸收材料。在前面所提到的n值，就是通过面上不同区域的个数来实现的。不太借助于设备的情况下，可以使用拼接的方法来完成面组合滤光片的制备；如果是批量化商业生产，最好的方式是通过点样机、打印机等一系列高精度物质定位转移的方法来完成。通过化学打印或印刷的方式，在透明片材上来制备。具体的例子参见后续的实施例。
本发明中对打印或印刷的墨水不进行限制，以下实施例仅以邻羟基苯甲酸苯酯、邻硝基苯胺、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒、1,3,5-均三嗪、2-（2'-羟基-5'-甲基苯基）苯并三氮唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一种为例进行可行性说明，本领域技术人员能够通过系统筛选找到更多的调节均匀性更好的墨水，都属于本发明保护和限定的内容。并且对于打印以后的片材，由于只用于光线的作用，所以为了稳定使用，都会采用封闭的方法将打印材料与周围的环境隔绝开来。从而减少空气或者其他液体的侵蚀，增加材料的稳定性。封闭的方式可以根据使用环境条件进行选择。石英玻璃片、有机玻璃片、透明薄膜都是一些可供选择的封闭材料。有些时候我们也可以通过喷施涂层的方法来达到同样的效果。
本发明中，由拍摄装置得到拍摄记录的数据，对其进行数据处理时，扣除样品空白的拍摄记录数据，可以显著增加光线吸收数值的变化比例，提高所获得数据与吸收特性的关联性。
由拍摄装置实现的记录，获得的是数字化的图像信息。这种数字化的图像信息，可以有多种体现形式和格式，最常见的是以多种不同的图像格式存在的彩色或灰色的图像化文件，可以直观的呈现。也可以是利用数字矩阵的形式来记录这些信息，虽然不具有直观的呈现性，但对于后期的数据计算机处理，是同样方便和可行的。
待测固体表面是各种固体形态的物质，例如固体药品制剂、土壤样品、化学反应沉淀产物、固体吸附材料及其吸附后固体、动植物残体、天然矿物固体、固体形态催化剂等。也可以是各种功能或结构固体材料，如有机类的、合金类的板材、块体。同时也可以通过对待测固体表面施加化学反应作用来进行化学预处理，进而显著增加对样品化学信息的挖掘和呈现能力。例如执行超声喷雾的方法将含有各类显色化学试剂及其组合的溶液定量喷施到待处理样品表面。
以下通过多个具体实施例对本发明进行进一步的说明和解释。
实施例1
本实施例涉及可见光波段的方案，以将可见光反射光谱特性信息作为数字信息。如图1所示，制造的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，主要包括组合面光源1、凸透镜3、样品固定盘4和摄像装置2；刚性支架13将调节好光路的上述部件固定连接。使用时，首先利用组合面光源1发射光线，再调控光线穿过凸透镜3，将组合面光源发射的光线聚焦成像在样品固定盘4上的平面固体样品15表面；设置摄像装置的对焦面为平面固体样品15表面；采集组合面光源在平面固体样品15表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测样品的数字化物质信息。具体的单元细节如下。
本实施例中的凸透镜3采用光学玻璃来制造，可见组合面光源1的结构如图2所示，其包括依次设置的初级点光源5、磨砂玻璃6和面组合滤光片7；初级点光源5是一只3W的碘钨灯，并附带有灯功率调节器，以调节亮度；磨砂玻璃6是由厚度2mm的透明无色玻璃制备，优选的采用光学K9玻璃材质，面组合滤光片7为一具有表面设计彩色图案的胶片，例如图案采用CIE-1931色度图（International Commissionon Illumination）。面组合滤光片7的具体制备参照彩色幻灯胶片的制备方法。
本实施例中的可见光摄像装置2采用具有微距拍摄功能的工业摄像头。
实验中，待测固体可以选择固体药品制剂、土壤样品、化学反应沉淀样品、固体吸附材料及其吸附后固体、动植物残体、天然矿物固体等，进行干燥、粉碎、磨细等前处理，然后通过压制、抹平等技术来制造平整的表面。此处也可参照化学仪器分析（如XRD、IR等）中的一些标准的粉末固体制样方法。另外，待测固体也可以选择各种材质的固体板材（如有机类的、合金类的），对粗糙表面通过打磨平整，来获得可供测量的样本。这些待测固体也可以进行化学预处理。
实施例2
参照实施例1，将初级点光源5替换为由六只不同发光特性的发光二极管组成的单元，分别选择红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色的0.25W的发光二级管。其它相同，同样可实现本发明的目的。并可以混合发射出具有特定可见光分布的混合光线。
实施例3
参照实施例1，将初级点光源5替换为一个白色发光二极管。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例4
参照实施例1，将初级点光源5的碘钨灯点光源并上一个白色发光二极管。其它相同，同样可实现本发明的目的。此例的优点是可以进一步增强可见光在短波长区域的光强，使得测定波长范围内的光强分布更为均匀。
实施例5
参照实施例1，将加工成磨砂表面的无色有机玻璃，代替磨砂玻璃6。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例6
参照实施例1，将磨砂处理的无色透明塑料软片，代替磨砂玻璃6。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例7
参照实施例1，将面组合滤光片7上面的花纹采用另一张具有较多颜色分布的图案，例如，达芬奇的蒙娜丽莎画像。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例8
参照实施例7，面组合滤光片7上面的花纹的特定部位专门增加设置上定位标记，方便记录的图案最后再校正，定位标记可使用十字标，也可参照二维码的设计方法。
实施例9
参照实施例1，将两张不同花纹的幻灯片叠加在一起，作为一张来使用，并替换原面组合滤光片7。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例10
参照实施例1，将原面组合滤光片7的片基在制备的过程中替换为无色透明光学玻璃。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例11
参照实施例1，在磨砂玻璃6和面组合滤光片7之间，另垂直增加设置一块磨砂玻璃。其它相同，同样可实现本发明的目的。其功效是可以更好的使光线变得均匀柔和。
实施例12
参照实施例1，在初级点光源5和面组合滤光片7之间，增加设置有一片安福德品牌型号为TXSJP-X的减光片。其它相同，同样可实现本发明的目的。可以起到降低发射光强度的作用，并在一些需要较低强度光线的设计体系里是有用的。
实施例13
参照实施例1，当所使用的条件决定了周围环境的光线干扰比较强烈的时候，例如在天然光线、人造照明等条件下，各种光线，对整个测定过程，特别是样品的表面，会有很强的干扰。这个时候可以对装置进行改进。如图8所示，在装置的外侧，增加另一个遮光的外壳14，来起到遮挡环境光线。同样可以实现本发明。
实施例14
本实施例涉及紫外线波段的方案，以将紫外光反射光谱特性信息做为数字信息，并且部分融合利用紫外光与物质相互作用产生的光致发光的信息。如图3所示，制造的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，主要包括组合面光源1、凸透镜3、样品固定盘4和摄像装置2；刚性支架13将调节好光路的上述部件固定连接。使用时，首先利用组合面光源1发射光线，再调控光线穿过凸透镜3，将组合面光源发射的光线聚焦成像在样品固定盘4上的平面固体样品15表面；设置摄像装置的对焦面为平面固体样品15表面；采集组合面光源在平面固体样品15表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测样品的数字化物质信息。具体的单元细节如下。
本实施例中的凸透镜3采用石英玻璃来制造。本例中的紫外光组合面光源8的结构如图4所示，其中包括依次设置的初级点光源5、紫外滤光片10和磨砂石英玻璃11，初级点光源5是一只安捷伦公司，HK086993型号的氘灯，紫外滤光片10由唐斯诺公司生产，型号为ZWB2（其作用是隔绝大部分可见光）。磨砂石英玻璃11是由厚度为1mm光学紫外石英玻璃制造。面组合滤光片7采用图5所示的具有16个发光单元的表面组合结构。
本实施例的面组合滤光片7的具体制备如下。
首先，参照文献(陈钱宝,史铁钧,梅晓君.聚丙烯酸丁酯/二氧化钛杂化薄膜的制备、表征及紫外吸收性能[J].合成橡胶工业,2011,34(2):120-124.），制备PBA/TiO2杂化薄膜，作为a片。
参照文献(卢玉栋,朱惠娜,吴宗华.单宁紫外吸收特性及其在PVA薄膜中的应用[J].化工时刊, 2009, 23(6):32-34.），制备含有单宁的PVA薄膜材料，作为b片。
参照文献(Tanigaki N, Yase K, Kaito A, etal. Highly oriented films ofpoly(dimethylsilylene) by friction deposition [J]. Polymer, 1995, 36(12):2477-2480.），制备PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜，作为c片。
将abc片分别裁切为数个3x3mm见方小方片，按照图5顺序粘贴在1mm厚石英玻璃基板上。在图5里，每一个单元中，字母代表材料种类，后面的数字代表叠加的层数，0表示不使用这种材料。试验中，小方片通光的面不使用粘接剂，只在其他面使用少许粘接剂，起到固定的作用。对于相邻的具有相同材质的小片，可以在裁剪的时候连体裁剪。
本例中的紫外摄像装置9采用索尼生产的XC-EU50CE型号的紫外摄像装置。
实施例15
参照实施例14，将初级点光源5替换为由六只不同发光波长特性的紫外发光二极管组成的单元。发光二极管一般情况下，发光特性是在中心发射波长两侧有一个较窄的发光谱带。可以利用几个不同的发光二极管来覆盖一部分研究波段。本例这6个发光二极管，中心发射波长可以分波段在以下区域内各选择一个，200-250、250-280、280-300、300-320、320-350、350-390nm。其它相同，同样可实现本发明的目的。并可以混合发射出具有特殊组成的紫外波长分布的混合光线。
实施例16
参照实施例14，将初级点光源5替换为一个中心发射波长位于320-350nm的1W的紫外发光二级管。其它相同，同样可实现本发明的目的。特别是对一些，需要更多的研究这个中心发射波长的较窄分布的精细情况，会比较有利。
实施例17
参照实施例14，将初级点光源5替换为一个中心发射波长约为185nm的4W的紫外灯，其它相同，同样可实现本发明的目的。这个例子对一些需要更多的研究在短紫外波长的较窄分布的精细情况，会比较低成本。
实施例18
参照实施例14，将加工成磨砂表面的有机透紫外材料聚丙烯片材，代替磨砂石英玻璃11。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例19
参照实施例14，将一种新制造方法的面组合滤光片7来替换原来的。其它相同，同样可实现本发明的目的。新的面组合滤光片7制造方法如下。这个方法最基本的技术路径是，采用化学打印来实现，各异性吸收材料在平面上的定位分布。化学打印可以参考一些文献
（[1] X. Liu, T.-J. Tarn, F. Huang, J. Fan, Recent advances in inkjetprinting synthesis of functional metal oxides, Particuology, 19 (2015) 1-13.[2] I.M. Hutchings, G.D. Martin, Inkjet technology for digital fabrication,John Wiley & Sons, 2012. [3] X. Yan, Y. Zheng, J. Gao, J. Lee, An Ink-jetPrinting Strategy for Extensive Exploration of One Chemical Action with ThreeInteractive Variations, Analytical Sciences, 33 (2017) 1-3. [4] L. Wang, J.Lee, M. Zhang, Q. Duan, J. Zhang, H. Qi, Fluorescence imaging technology (FI)for high-throughput screening of selenide modified nano-TiO2 catalysts,Chemical Communications, 52 (2016) 29442947.）。
首先设计如图6-图7的打印模版文件，共有六套电子模版的示意，对图中各种模版的差别，说明如下。
打印模板是用来控制打印机在平面上打印特定的溶液分布。一般情况下我们可以采用CMY三个通道来，控制打印机在同一个平面区域里，精确定位打印几种不同的溶液，进而可以定位形成不同的组配。当然，对于采用单色打印的情况，我们可以把三个通道彻底分开成为三个独立的文件，每一遍只打印三个通道中的一个通道。但是，这时需要对每个通道的打印都要套印，都要精确定位。
图6a这组模版，有49个分割单元，可设置为49个n值（并有四次重复，方便误差分析）。对于少于49个情况，可以有选择性的将其中一些点，用不透光材料遮挡。这样可获得所需的组合点种类数，例如10、20、30、40等。模版的外观也可以是正方形的，也可以是长方形，甚至是圆形的。
图6b这组模版，设计是一个20×20的模版。参照图6a中的情况，可也可获得50、100、150、200、300等的n值。
图6c和图7a这两组模版，设计是300×300的模版。图6c对应于可以使用两种不同的溶液材料来完成打印过程；图7a对应于可以使用两种不同的溶液材料来完成打印过程。
图7b实际上可以导引两个三通道的模板打印在同一片材料上。这样打印的直接特点就是，可以将四种、五种，甚至更多种的材料打印在同一片上。
图7c是另外一种外部结构的变形，具有圆形的，外观结构。是对图7b的一个外观变形和通道分解。
接下来，选择对紫外波段光线具有不同吸收特性的一些化合物，如邻羟基苯甲酸苯酯、邻硝基苯胺、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒、1,3,5-均三嗪、2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等；其它在紫外波段具有一定吸收带的化合物，以及一些商品化的紫外线吸收剂也可以选用，只要它们能够稳定存在于玻璃基板上。分别称取各0.1g溶于10ml有机溶剂中，作为打印机的打印墨水。然后使用化学打印机，如日本岛津CHIP-1000打印机，或者一些商品化的压电喷墨打印机，这种商业类型的打印机需要在配制的墨水溶液中增加一些打印助剂以适应于打印过程，按照设计的模版导引，将墨水溶液，定位套印打印在一片光学石英玻璃片基上。打印完了以后也可以超细喷雾一些纯溶剂或者混合溶剂到被打印的表面，促进在各种溶质在固定位置的再混合。最后干燥，备用。另外可以使用一片洁净的光学石英玻璃片，在打印面上封装，以增加抗环境侵蚀的能力。
另外也可以采用丝网印刷的方式，将选择的化合物定量定位的附着在光学石英玻璃片基上。或者根据使用波段的情况，采用一些低成本的有机透光片基。
对于片基上非我们设计的花纹区域以外的区域，采用遮光材料将其全部覆盖。以增加拍摄的目标性和抗干扰能力。
实施例20
参照上一个实施例19，面组合滤光片7上面的花纹采用另一张具有较多颜色分布的图案作为模板，例如，达芬奇的蒙娜丽莎画像。
实施例21
参照上一个实施例20，面组合滤光片7上面的花纹的特定部位专门增加设置上定位标记，方便记录的图案最后再校正，定位标记可使用十字标，也可参照二维码的设计方法。
实施例22
参照实施例14，将两张不同花纹的面组合滤光片叠加在一起，作为一张来使用，并替换原面组合滤光片7。其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例23
参照实施例14，将原面组合滤光片7的片基在制备的过程中替换为的有机透紫外材料，其它相同，同样可实现本发明的目的。
实施例24
参照实施例14，在磨砂石英玻璃11和面组合滤光片7之间，另垂直增加设置一块磨砂玻璃。其它相同，同样可实现本发明的目的。其功效是可以更好的使光线变得均匀柔和。
实施例25
本实施例涉及不隔绝可见光的方案，即采用可见光加紫外光的方式；参照实施例14，去除紫外滤光片10，其它相同，同样可实现本发明的目的。对光源发射的可见光不予隔绝分离，则在拍摄的照片数据中含有更多的可见光吸收信息。
实施例 26
一种土壤样品表面的数字化物质信息获取方法。采集待测试的土壤样品，室温下风干，研磨，过200目筛子。测定前将土壤粉体添加在样品固定盘上并抹平，然后执行BMFY操作（BMFY操作是指对待测样品进行某种预反应处理；包括空白处理，即不进行预反应处理，本实施例采用空白处理）。基于实施例1所述的装置，利用组合面光源发射光线，通过凸透镜将此光线聚焦成像在样品固定盘上的平面固体样品表面；摄像装置采集组合面光源在平面固体样品表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测土壤样品的数字化物质信息。
实施例 27
参照实施例 26，增加样品的预反应处理。其中BMFY操作执行超声喷雾的方法处理土壤样品表面，喷施反应液是0.1%的铬黑T溶液，喷施量为0.01 mL/cm2。
实施例 28
参照实施例 27，喷施反应液另外选择茚三酮、罗丹明B、溴甲酚绿、溴甲酚紫、中性红、茜素红、姜黄素、孔雀石绿等的一种或几种的混合物。
实施例 29
参照实施例 26，增加样品的气相预反应处理。其中BMFY操作将土壤粉体置于密闭的反应腔，通入二氧化硫气体，室温反应30 min，其它操作不变。
实施例 30
参照实施例 26，增加样品的紫外光反应预处理。其中BMFY操作将土壤粉体表面置于254nm 紫外灯下照射30 min，其它操作不变。
实施例 31
参照实施例 26，可以连续轻微改变样品固定盘与摄像装置的空间相对位置，获取50张成像，并进行平均。这样可以对存在较不均匀分布的固体样本，有很好的数据平均作用，降低误差。
Claims (10)
1.一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，包括依次设置的组合面光源、凸透镜、样品固定盘和摄像装置；
所述的样品固定盘用于担载固定待测的平面固体样品；
所述的组合面光源用于发射光线照射所述的样品固定盘上的平面固体样品；
所述的组合面光源包括至少2个子单元，每个子单元发射紫外光和/或可见光，每个子单元发射出光线的波长和/或强度不同；
所述的凸透镜设置在组合面光源和样品固定盘之间，用于将组合面光源发射的光线聚焦成像在样品固定盘上的平面固体样品表面；
所属的摄像装置的对焦面为平面固体样品表面；
所述的摄像装置用于采集组合面光源在平面固体样品表面所呈的像，并数字化记录，进而将待测物质信息数字化。
2.根据权利要求1所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，所述的组合面光源由二维共面拼接的独立发光光源组成，每一个独立发光光源为一个子单元。
3.根据权利要求1所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，所述的组合面光源包括依次设置的初级光源、用于光线调制的光学器件和面组合滤光片；所述的光学器件包括表面磨砂处理的通光片材、对初级光源发射光线中的对应波段进行吸收截留的滤光片、减光片和滤镜中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，面组合滤光片是指一种透明的片状部件，其包括透明基板，以及设置在透明基板上的多种薄膜通过不同薄膜类型以及不同厚度的设置形成与组合面光源子单元一一对应的光吸收区域。
5.根据权利要求3所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，面组合滤光片是指一种透明的片状部件，其包括透明基板，以及通过化学打印或印刷设置的与组合面光源子单元一一对应的光吸收区域。
6.根据权利要求1所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，在外侧设置有一个遮光的外壳。
7.根据权利要求1所述的一种固体表面的数字化物质信息获取装置，其特征在于，所述的摄像装置对紫外光进行采集时，面组合光源发射紫外光；所述的凸透镜采用透紫外线的材质。
8.一种固体表面的数字化物质信息获取方法，其特征在于，基于权利要求1-7中任意一项所述的装置，利用组合面光源发射光线，通过凸透镜将此光线聚焦成像在样品固定盘上的平面固体样品表面；摄像装置采集组合面光源在平面固体样品表面所呈的像，并数字化记录，将其作为待测样品的数字化物质信息。
9.根据权利要求8所述的一种固体表面的数字化物质信息获取方法，其特征在于，还包括待测固体样品获得平整表面的前处理步骤；对于颗粒粉末材料，所述的前处理步骤包括研磨、压制、抹平操作之一或其组合；对于单一块状材料，所述的前处理步骤包括选择合适表面区域、打磨操作之一或其组合。
10.根据权利要求8所述的一种固体表面的数字化物质信息获取方法，其特征在于，还包括对待测固体样品进行化学前处理的步骤；所述的步骤是执行液相或者气相的化学物质对待测固体样品浸泡、喷施、气相反应处理操作之一或其组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |