CN205749270U - 一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，包括：红外光源单元；红外滤光单色单元，与红外光源单元光路连接，包括红外滤光片和红外光单色器，红外滤光片与红外光单色器光路连接；带有斩光反射镜的双光束光路系统，与红外滤光片或红外光单色器光路连接；样品室，与带有斩光反射镜的双光束光路系统光路连接；参考光接收单元，与样品室光路连接；样品光接收单元，与样品室光路连接；电信号处理和采集系统，与参考光接收单元和样品光接收单元光路连接；控制与数据处理系统，与电信号处理和采集系统及红外光单色器连接。本实用新型有益效果：光路调节简便，测量速度快，透射率测量精度高。

Description

一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计

技术领域

本实用新型涉及一种分光型双光束红外分光光度计，特别涉及一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计。

背景技术

双光束红外分光光度计是一种基于光栅或棱镜分光的，用于测量物质的红外透射或吸收光谱的仪器。在以原天津光学仪器厂TJ270-30为代表的双光束红外分光光度计中，从红外光源单元发出的红外光先被分成两束，即参考光和样品光，再经过带有斩光反射镜的双光束系统进行切换后，两束光将沿着同一条光路进入单色器中，再经过滤光片后被一个红外光检测器接收。

这种红外光度分度计存在以下问题和缺点：

1、为了保证双光束最终能沿同一光路进入红外光单色器，调节非常复杂，难以保证进入红外光单色器的两束光能量完全相等。

2、从红外光探测装置的电信号输出波形随着样品数值和参考数值强度比的不同而不同，数据处理精度差，而且当透过率为100％的波形的频率是透过率为0％时波形的两倍。

3、红外光探测装置的光电响应度随着频率的升高而下降。在这种情况下，我们很难通过提高斩波频率的方法，来提高光谱测量速度，所以TJ27-30的测量速度非常慢。在波数分辨率为1/cm时，从4000/cm扫描到400/cm所需要的扫描时间约为20分钟。

实用新型内容

本实用新型提出一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，解决了现有技术中上述的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，包括：

红外光源单元，用于产生并汇聚红外光；

红外滤光单色单元，与所述红外光源单元光路连接，包括用于选择被分析的红外光波段的红外滤光片和用于对红外光进行分光和单色化的红外光单色器，所述红外滤光片与所述红外光单色器光路连接；

带有斩光反射镜的双光束光路系统，用于将透过所述红外滤光片或红外光单色器的单色光交替地分成参考光和样品光，与所述红外滤光片或所述红外光单色器光路连接；

样品室，用于放置参考样品和被分析样品，与所述带有斩光反射镜的双光束光路系统光路连接；

参考光接收单元，用于接收、汇聚参考光，并将所述参考光转换为电信号，与所述样品室光路连接；

样品光接收单元，用于接收、汇聚样品光，并将所述样品光转换为电信号，与所述样品室光路连接；

电信号处理和采集系统，用于处理并采集所述参考光接收单元和所述样品光接收单元输出的电信号，以获得参考光和样品光的光强并求出样品的透射率，与所述参考光接收单元和所述样品光接收单元光路连接；

控制与数据处理系统，用于控制所述红外滤光片和所述红外光单色器以完成光谱扫描、处理数据并显示样品的红外透射光谱或吸收光谱，与所述电信号处理和采集系统及所述红外光单色器连接。

进一步地，所述红外光源单元包括依光路顺次连接的红外光源和反射镜，所述反射镜为球面镜、椭球镜或抛物镜。

优选地，所述红外滤光片为带通滤光片。

优选地，所述红外光单色器为C-T型单色器或李特洛型单色器。

进一步地，所述带有斩光反射镜的双光束光路系统包括平面反射镜和带有反射镜的光学斩波器，透过所述红外滤光片或红外光单色器的单色光经过周期性转动的光学斩波器后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器的光束为直接光束，被光学斩波器上反射镜反射的光束为反射光束，所述反射光束和所述直接光束为非平行光束且分别进入所述样品室中。

进一步地，所述带有斩光反射镜的双光束光路系统包括平面反射镜、浅椭球面镜或球面镜和带有反射镜的光学斩波器，透过所述红外滤光片或红外光单色器的单色光经过周期性转动的光学斩波器后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器的光束为直接光束，被光学斩波器上反射镜反射的光束为反射光束，所述直接光束经过平面反射镜反射，所述反射光束经过平面反射镜和平面反射镜反射，变成两束平行的光束后分别进入样品室中。

进一步地本实用新型所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，还包括：

参考样品支架，放置于所述样品室中；

被分析样品支架，放置于所述样品室中。

进一步地，所述参考光接收单元包括反射镜和第一红外光检测器，所述反射镜用于将参考光汇聚于所述第一红外光检测器的窗口上；所述样品光接收单元包括反射镜和第二红外光检测器，所述反射镜用于将样品光汇聚于所述第二红外光检测器的窗口上；所述反射镜为球面镜、椭球镜或抛物镜。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，在参考光接收单元和样品光接收单元中均含有一个红外检测器，通过控制红外单色器和切换红外滤光片来连续改变样品光和参考光的波长，同时测量样品光和参考光的光强并求出强度比、透射率，便可以获得样品的红外透射光谱，具有光路调节简便，测量速度快，透射率测量精度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有的以原天津光学仪器厂TJ270-30为代表的双光束红外分光光度计的结构框图；

图2为本实用新型一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计的结构框图；

图3为本实用新型一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计实施例一的光学原理图；

图4为本实用新型一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计实施例二的光学原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了更好地理解本实用新型，首先对以原天津光学仪器厂TJ270-30为代表的双光束红外分光光度计进行说明，如图1所示，其从红外光源单元1发出的红外光先被分成两束，即参考光和样品光，然后参考光和样品光进入样品室2，再经过带有斩波反射镜的双光束光路系统3进行切换后，参考光和样品光沿着同一条光路进入红外光单色器4中，再经过红外滤光片5后被一个红外光探测单元6接收，红外光探测单元6输出的电信号被电信号处理和采集系统7采集并处理，最终控制与数据处理系统8根据电信号处理和采集系统7的信号控制红外滤光片5和红外光单色器4以完成光谱扫描、处理数据并显示样品的红外透射光谱或吸收光谱。上述的双光束红外分光光度计为了保证双光束最终能沿同一光路进入红外光单色器4，调节非常复杂，难以保证进入红外光单色器4的两束光能量完全相等；从红外光探测单元6的电信号输出波形随着样品数值和参考数值强度比的不同而不同，数据处理精度差，而且当透过率为100％的波形的频率是透过率为0％时波形的两倍；红外光探测单元6的光电响应度随着频率的升高而下降，在这种情况下，我们很难通过提高斩波频率的方法，来提高光谱测量速度，所以TJ27-30的测量速度非常慢，在波数分辨率为1/cm时，从4000/cm扫描到400/cm所需要的扫描时间约为20分钟。

为了解决上述的问题，本实用新型所述的一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，如图2所示，包括：

红外光源单元9，用于产生并汇聚红外光；

红外滤光单色单元，与红外光源单元9光路连接，包括用于选择被分析的红外光波段的红外滤光片10和用于对红外光进行分光和单色化的红外光单色器11，红外滤光片10与红外光单色器11光路连接；

带有斩光反射镜的双光束光路系统12，用于将透过红外滤光片10或红外光单色器11的单色光交替地分成参考光和样品光，与红外滤光片10或红外光单色器11光路连接；

样品室13，用于放置参考样品和被分析样品，与带有斩光反射镜的双光束光路系统12光路连接；

参考光接收单元14，用于接收、汇聚参考光，并将参考光转换为电信号，与样品室13光路连接；

样品光接收单元15，用于接收、汇聚样品光，并将样品光转换为电信号，与样品室13光路连接；

电信号处理和采集系统16，用于处理并采集参考光接收单元14和样品光接收单元15输出的电信号，以获得参考光和样品光的光强并求出样品的透射率，与参考光接收单元14和样品光接收单元15光路连接；

控制与数据处理系统17，用于控制红外滤光片10和红外光单色器11以完成光谱扫描、处理数据并显示样品的红外透射光谱或吸收光谱，与电信号处理和采集系统16及红外光单色器11连接。

其中，红外滤光片10既可以设置在红外光单色器11之前，也可以设置在红外光单色器11之后。

其中，优选地，所述红外滤光片10为带通滤光片。

其中，优选地，所述红外光单色器11为C-T型单色器或李特洛型单色器。

本实用新型所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计的工作原理为：首先从红外光源单元9发射的红外光汇聚到红外光单色器11的入射狭缝处，红外光单色器11的出射狭缝处或入口狭缝处放置红外滤光片10；经过红外光单色器11和红外滤光片10后的红外单色光经过一个带有斩光反射镜的双光束光路系统12后分成两个光束，用斩光反射镜进行切换，两个光束再射入样品室13内，通过样品的光束称为样品光束，另外一束光称为参考光束，样品光束被汇聚后用样品光接收单元15接收，参考光束被汇聚后用参考光接收单元14接收，光电转换信号经过电信号处理和采集系统16处理后并被采集，同时通过控制与数据处理系统17控制红外光单色器11的狭缝的大小和光栅的位置，完成光谱扫描、数据处理和光谱的显示。

为了更好地理解本实用新型所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，提供具体实施例如下：

实施例一：

如图3所示，红外光源单元包括依光路顺次连接的红外光源18和反射镜19，反射镜19为球面镜、椭球镜或抛物镜；带有斩光反射镜的双光束光路系统12包括平面反射镜24和带有反射镜的光学斩波器26，透过红外滤光片25或红外光单色器11的单色光经过周期性转动的光学斩波器26后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器26的光束为直接光束，被光学斩波器26上反射镜反射的光束为反射光束，反射光束和直接光束为非平行光束且分别进入样品室13中；样品室13内放置有参考样品支架30和被分析样品支架27；参考光接收单元14包括反射镜31和第一红外光检测器32，反射镜31用于将参考光汇聚于第一红外光检测器32的窗口上；样品光接收单元15包括反射镜28和第二红外光检测器29，反射镜28用于将样品光汇聚于第二红外光检测器29的窗口上；反射镜31，28为球面镜、椭球镜或抛物镜。

在本实施例中，红外光单色器11包括狭缝20，23、准直抛物镜或球面镜21，以及光栅22。

工作时，从红外光源18发出的红外光经过反射镜19汇聚并反射到狭缝20处，再经过准直抛物镜或球面镜21反射到光栅22处，经过光栅22的衍射光再经过准直抛物镜或球面镜21汇聚到狭缝23处，衍射光再经过平面反射镜24反射并通过红外滤光片25选择特定波长范围的红外光，经过带有反射镜的光学斩波器26后，随着反射镜的周期性转动，光束被交替地分成两束，被反射镜反射的光束透过参考样品支架30后被反射镜31汇聚到第一红外光检测器32上；直接穿过光学斩波器26的光束透过被分析样品支架27后被反射镜28汇聚到第二红外光检测器29。如果把被测样品放置在被分析样品支架27上时，第二红外光检测器29检测的光强为样品束光强Is，第一红外光检测器32检测的光强为参考束光强Ir，则样品的透射率为Is/Ir，通过控制光栅22的转动并切换相应的红外滤光片25，可以得到透射率随红外波长或波数变化的图谱，即被测样品的红外光谱。

在本方案中采用了LITTROW单色器，如果采用CZERNY一TURNER单色器也可以同样实现。另外，图中红外滤光片25的位置可以放在光路中反射镜19与狭缝20之间。

实施例二：

如图4所示，红外光源单元包括依光路顺次连接的红外光源33和反射镜34，反射镜34为球面镜、椭球镜或抛物镜；带有斩光反射镜的双光束光路系统12包括平面反射镜40，41、浅椭球面镜或球面镜42和带有反射镜的光学斩波器43，透过红外滤光片35或红外光单色器11的单色光经过周期性转动的光学斩波器43后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器43的光束为直接光束，被光学斩波器43上反射镜反射的光束为反射光束，直接光束经过平面反射镜46反射，反射光束经过平面反射镜44和平面反射镜45反射，变成两束平行的光束后分别进入样品室13中；样品室13内放置有参考样品支架47和被分析样品支架48；参考光接收单元14包括反射镜51和第一红外光检测器52，反射镜51用于将参考光汇聚于第一红外光检测器52的窗口上；样品光接收单元15包括反射镜49和第二红外光检测器50，反射镜49用于将样品光汇聚于第二红外光检测器50的窗口上；反射镜51，49为球面镜、椭球镜或抛物镜。

在本实施例中，红外光单色器11包括狭缝36，39、准直抛物镜或球面镜37，以及光栅38。

本实施例二与实施例一相比，可以使参考光和样品光平行，光路更加规整，更利于样品室的选择和参数调整。

本实用新型所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，采用一束光进入红外光单色器11，再将从红外光单色器11出射的光分成两个光路，再用两个红外检测器，即参考光接收单元14和样品光接收单元15测双光束的强度，由于采用两个红外检测器分别检测参考光束和样品光束的强度，红外检测器的输出波形与样品的透射率无关，为一简单的正弦波，信号处理方便，电信号的幅度与光强成正比，因此能测出正确的透射比，能解决TJ270-30产品中的透射比精度不高的问题，同时由于采用了两个红外检测器，只需提高斩波频率即可提高透射率的测量速度，而且双光束的强度可以同时被测量，这将显著提高光谱的扫描速度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，包括：

红外光源单元(9)，用于产生并汇聚红外光；

红外滤光单色单元，与所述红外光源单元(9)光路连接，包括用于选择被分析的红外光波段的红外滤光片(10)和用于对红外光进行分光和单色化的红外光单色器(11)，所述红外滤光片(10)与所述红外光单色器(11)光路连接；

带有斩光反射镜的双光束光路系统(12)，用于将透过所述红外滤光片(10)或红外光单色器(11)的单色光交替地分成参考光和样品光，与所述红外滤光片(10)或所述红外光单色器(11)光路连接；

样品室(13)，用于放置参考样品和被分析样品，与所述带有斩光反射镜的双光束光路系统(12)光路连接；

参考光接收单元(14)，用于接收、汇聚参考光，并将所述参考光转换为电信号，与所述样品室(13)光路连接；

样品光接收单元(15)，用于接收、汇聚样品光，并将所述样品光转换为电信号，与所述样品室(13)光路连接；

电信号处理和采集系统(16)，用于处理并采集所述参考光接收单元(14)和所述样品光接收单元(15)输出的电信号，以获得参考光和样品光的光强并求出样品的透射率，与所述参考光接收单元(14)和所述样品光接收单元(15)光路连接；

控制与数据处理系统(17)，用于控制所述红外滤光片(10)和所述红外光单色器(11)以完成光谱扫描、处理数据并显示样品的红外透射光谱或吸收光谱，与所述电信号处理和采集系统(16)及所述红外光单色器(11)连接。

2.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述红外光源单元包括依光路顺次连接的红外光源(18，33)和反射镜(19，34)，所述反射镜(19，34)为球面镜、椭球镜或抛物镜。

3.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述红外滤光片(10)为带通滤光片。

4.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述红外光单色器(11)为C-T型单色器或李特洛型单色器。

5.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述带有斩光反射镜的双光束光路系统(12)包括平面反射镜(24)和带有反射镜的光学斩波器(26)，透过所述红外滤光片(10)或红外光单色器(11)的单色光经过周期性转动的光学斩波器(26)后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器(26)的光束为直接光束，被光学斩波器(26)上反射镜反射的光束为反射光束，所述反射光束和所述直接光束为非平行光束且分别进入所述样品室(13)中。

6.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述带有斩光反射镜的双光束光路系统(12)包括平面反射镜(40，41)、浅椭球面镜或球面镜(42)和带有反射镜的光学斩波器(43)，透过所述红外滤光片(10)或红外光单色器(11)的单色光经过周期性转动的光学斩波器(43)后被交替地分成两束，其中直接穿过光学斩波器(43)的光束为直接光束，被光学斩波器(43)上反射镜反射的光束为反射光束，所述直接光束经过平面反射镜(46)反射，所述反射光束经过平面反射镜(44)和平面反射镜(45)反射，变成两束平行的光束后分别进入样品室(13)中。

7.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，还包括：

参考样品支架(30，47)，放置于所述样品室(13)中；

被分析样品支架(27，48)，放置于所述样品室(13)中。

8.根据权利要求1所述的带有双红外光检测器的双光束红外分光光度计，其特征在于，所述参考光接收单元(14)包括反射镜(31，51)和第一红外光检测器(32，52)，所述反射镜(31，51)用于将参考光汇聚于所述第一红外光检测器(32，52)的窗口上；所述样品光接收单元(15)包括反射镜(28，49)和第二红外光检测器(29，50)，所述反射镜(28，49)用于将样品光汇聚于所述第二红外光检测器(29，50)的窗口上；所述反射镜(31，51，28，49)为球面镜、椭球镜或抛物镜。