CN204462013U - 一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置，适用于溶液浓度的测定。包括宽带光源、细芯单模光纤、PDMS微流通道、注射泵、输入导管、输出导管、光谱仪、第一传输光纤和第二传输光纤，宽带光源发出的光经过第一传输光纤入射到细芯光纤内，细芯光纤外表面镀有一层正负离子膜，使细芯单模光纤对溶液折射率的灵敏度加强，细芯光纤被PDMS微流通道内的溶液浸没，光入射到外表面浸没着溶液的细芯光纤内时，其特征峰发生漂移，最后通过第二传输光纤入射到光谱仪。根据特征峰的漂移量和溶液折射率的对应关系，对测得的数据进行拟合，得到拟合关系。该装置能比较精确的测得溶液的折射率进而得到其浓度，结构简单、结果准确。

Description

一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置，适用于溶液浓度的测定。

背景内容

浓度是表征介质溶液特征的重要参量之一，对溶液浓度的测量与控制在造纸、化工、制糖、食品、制药等行业有着广泛的应用，它是保证质量产品和提高产品质量的重要技术手段。有关测量浓度的方法有很多种，但是有的方法太过复杂、有的灵敏度不够高测得的数据不够准确。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置。该系统结构简单、设计合理、成本低廉、结果有效准确。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置。由宽带光源、细芯单模光纤、PDMS微流通道、塑料导管、注射泵、光谱仪以及第一传输光纤和第二传输光纤组成，所述第一传输光纤的一端与宽带光源连接，所述第一传输光纤的另一端与细芯单模光纤的一端连接，所述细芯单模光纤的另一端与第二传输光纤的一端连接，所述细心单模光纤部分由PDMS微流通道封装，所述PDMS微流通道上有两孔分别与两根塑料导管相连，所述塑料导管一根连接到注射泵上，所述塑料导管另一根伸入烧杯内，所述第二传输光纤的另一端与光谱仪连接，所述细芯单模光纤的外表面涂有一层正负离子膜。

本实用新型所述的第一传输光纤和第二传输光纤均采用普通单模光纤。

本实用新型所述的PDMS是最广泛实用的以硅为基础的有机聚合物材料，具有惰性、无毒、不易燃的特点。所制成的固态PDMS微流通道能精确到纳米级，该微流通道由PDMS基片和PDMS底片合成，将细芯光纤放置在该微流通 道里，能够排除外界温度变化和拉力、压力等硬性因素干扰，给予细芯光纤和溶液良好的接触反应空间，同时PDMS具有疏水性和防水性，可起到极好的封装作用。另外，PDMS有光学透明的性质，能够方便观察溶液与细芯光纤的接触情况。

本实用新型所述的塑料导管直径为1mm，分为输入导管和输出导管，两根导管分别插在PDMS的左右两侧用于引入溶液和引出溶液。溶液装在注射器里在注射泵的动力下通过输入导管进入PDMS，当发现溶液从输出导管出来时，认为此时溶液和PDMS已经充分接触。每一组溶液检测完，注射异丙醇通过输入、输出导管进行反复清洗。

本实用新型所述所述的正负离子膜以PDDA和PSS构成，PDDA为强阳离子聚电解质，无色至淡黄色液体，安全无毒、不易燃、凝聚力强、易溶于水、水解稳定性好，PSS为淡黄色固体、易溶于水，具有良好的絮凝性，可降低液体之间的摩擦阻力，离子特性可分为4种，通过PDDA阳离子和PSS的阴离子之间的静电作用，可形成一层正负离子膜，镀在细芯单模表面上，可增强光纤对折射率的灵敏度。

附图说明

图1为为本实用新型实施例的结构示意图

图2为本实用新型实施例的细芯光纤截面放大图

图3为本实用新型实施例的检测结果示意图

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，以下结合附图对本实用新型所用的正负离子膜和一种具体实施方式进行详细说明。

图1出示了本实用新型的一种实施方式，如图1所示，先将溶液用注射泵5沿着输入导管9注入到PDMS基片12和PDMS底片4合成的PDMS微流通道内(本实施例中待测溶液选用NaCl溶液)，直到有溶液沿着输出导管10流入到 烧杯8内，表明细芯已完全被溶液浸没。然后预热宽带光源1，让宽带光源1发出的光通过第一传输光纤2进入表面镀了一层由PDDA和PSS组成的正负离子膜11的细芯光纤3中，静置8分钟，得到通过第二传输光纤6到达光谱仪7的光谱。本实验通过测定几组不同浓度的NaCl溶液来得到折射率与其波长漂移的关系，得到拟合曲线。若再次测量某未知浓度的NaCl溶液，只要知其特征峰波长漂移量就可求出其折射率和浓度。每一组溶液检测完，注射异丙醇通过输入、输出导管进行反复清洗。

图2出示了本实用新型实施例的细芯光纤截面放大图，由图2可知，细芯光纤3外覆盖有一层由PDDA正离子膜13和覆盖在PDDA正离子膜13上的PSS负离子膜14组成的正负离子膜。其主要制作过程是让细芯光纤3浸入到98％的浓硫酸和30％的双氧水以体积比7∶3的比例混合的溶液当中1个小时，使细芯光纤3表面带上负电，再浸入到PDDA溶液当中5分钟，通过静电吸附作用使光纤表面带上正电，形成一层PDDA正离子膜13，再浸入到PSS溶液当中镀上一层PSS负离子膜14，两者由于静电作用，形成一种正负离子膜，最后在65℃环境下使膜固化。该正负离子膜具有不溶于水、无毒、不易燃的特点，能够增强光纤表面对折射率的灵敏度响应，从而提高检测装置的灵敏度。

如图3所示，为本实施例的检测结果示意图，表示测得的NaCl溶液波长与其折射率的对应关系。由图可知，波长与折射率基本呈线性关系，决定系数R2约为0.998，线性拟合直线的斜率为94.13，即灵敏度为94.13，而由以往数据，没镀膜的检测装置灵敏度为69.3，相比于该实施例的灵敏度可知，镀膜之后的灵敏度有了相当的提高。

本领域研究人员清楚地知道，除上述实施例外，本实用新型还可用于其它溶液浓度的测量，本实用新型的保护范围并不局限于以上实例。

Claims (3)

1.一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置，其特征在于：包括宽带光源、表面镀膜的细芯光纤、PDMS微流通道、注射泵、输入导管、输出导管、光谱仪以及第一传输光纤和第二传输光纤，所述第一传输光纤的一端与宽带光源连接，所述第一传输光纤的另一端与细芯单模光纤的一端连接，所述细芯单模光纤的另一端与第二传输光纤的一端连接，所述细芯光纤由PDMS微流通道封装，所述PDMS微流通道上有两孔，两孔分别与输入导管和输出导管相连，所述输入导管另一端与注射泵相连，所述输出导管另一端延伸至烧杯内，所述第二传输光纤的另一端与光谱仪连接，所述细芯单模光纤的外表面涂有一层正负离子膜。

2.根据权利要求1所述的一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置，其特征在于：所述第一传输光纤和第二传输光纤均采用普通单模光纤。

3.根据权利要求1所述的一种基于光折射率和光波长关系的溶液浓度检测装置，其特征在于：所述的PDMS微流通道是以硅为基础的有机聚合物材料，由PDMS基片和PDMS底片合成。