CN207336344U - 一种液芯波导流通池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液芯波导流通池，包括通过液芯波导管对接的第一光纤、进水管和第二光纤、出水管，所述第一光纤通过第一光液耦合器与液芯波导管的一端对接，所述第二光纤通过第二光液耦合器与液芯波导管的另一端对接，所述第一光液耦合器和第二光液耦合器均设有三通接口，所述进水管和出水管分别连接在第一光液耦合器和第二光液耦合器的第三接口上，所述进水管上设有脱气装置。本实用新型简单易行，实现了液芯波导流通池全发射吸收光路，大幅降低了检测误差，并解决了长光程液芯波导管易受微气泡干扰的问题，提高了系统的稳定性和应用范围。

Description

一种液芯波导流通池

技术领域

本实用新型属于水溶液化学分析检测设备，具体涉及一种用于测量溶液中痕量组分的液芯波导流通池。

背景技术

液芯波导的概念在上个世纪七十年代提出，由折射率为1.51的硼硅酸盐玻璃或折射率为1.45的石英玻璃毛细管，内部充满折射率大于1.51或1.45的高折射率的液体构成，入射光可以在波导内部传播，由于波导纤芯是液体，所以称为液芯波导。由于当时无法找到折射率小于水(RI～1.33)的材料，因此液芯波导无法应用于水溶液的化学分析检测。1989年，DuPont公司发明了一种四氟乙烯的无定形聚合物——Teflon AF，推动了仪器分析和光谱分析等技术领域的发展。目前有Teflon AF-1600和Teflon AF-2400两种类型，折射率分别为1.31和1.29，均小于水的折射率。由Teflon AF制造的液芯波导，充满水溶液后，入射光可在Teflon AF与水的交界面发生全反射，将光束束缚在波导内传播。Teflon AF液芯波导用于仪器分析和光谱分析中，既可以作为光程池，又可以作为流路样品池，降低了成本，便捷地实现了低损耗、小容积、小尺寸的长光程流通池；再加上由Teflon AF制造的液芯波导可盘曲、具有气体渗透性等突出的特性，使得这种液芯波导迅速在长光程吸收分析、荧光分析、拉曼光谱分析和气体传感器等诸多领域得到了广泛的应用。

目前，常用的Teflon AF液芯波导有两种型号，一种是由Teflon AF2400制造的毛细管，称为一型液芯波导，另一种是外表面镀Teflon AF2400包层的石英毛细管，称为二型液芯波导。相对于传统的仪器分析中的流通池，利用Teflon AF液芯波导作为流通池，在没有增加样品体积和光能量损耗的情况下，有效地增加了有效光程，进而可以数量级地提高检测灵敏度。Teflon AF液芯波导管具有盘曲性，非常有利于仪器的小型化设计。同时，由于Teflon AF具有气体渗透性结构、疏水性的特性，可以作为气体渗透膜使用，已有众多学者设计了新型的光纤化学传感器用于测量水溶液和大气中的气体。但是，正是由于Teflon AF液芯波导拥有的高灵敏性、气体渗透性和疏水性的特性，导致一型Teflon AF液芯波导比二型Teflon AF液芯波导更容易在内壁上附着微小气泡，进而测量时更容易造成光信号的扰动；而且Teflon AF液芯波导流通池非常“敏感”，轻微的污染、或是使用中的稍有不慎，将严重影响测量结果。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：提供一种用于测量溶液中痕量组分的液芯波导流通池，能有效去除溶液中的微气泡，大幅提高系统的稳定性和检测精度。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种液芯波导流通池，包括通过液芯波导管3对接的第一光纤11、进水管41和第二光纤12、出水管42，所述第一光纤11通过第一光液耦合器21与液芯波导管3的一端对接，所述第二光纤12通过第二光液耦合器22与液芯波导管3的另一端对接，所述第一光液耦合器21和第二光液耦合器22均设有三通接口，所述进水管41和出水管42分别连接在第一光液耦合器21和第二光液耦合器22的第三接口上，所述进水管41上设有脱气装置5。

进一步的，所述第一光液耦合器21和第二光液耦合器22上对接光纤和液芯波导管的两个接口均同轴设置。

进一步的，所述第一光纤11和第二光纤12分别通过第一光纤适配器61和第二光纤适配器62固定在对应的光液耦合器接口上，所述第一光液耦合器21和第二光液耦合器22内部嵌装有分别与两侧光纤和液芯波导管端部同轴对接的连接光纤1’。

进一步的，所述进水管41和出水管42分别通过密封紧固接头与第一光液耦合器21和第二光液耦合器22固定对接，所述液芯波导管3的两端同样通过密封紧固接头与第一光液耦合器21和第二光液耦合器22固定对接。

优选的，所述密封紧固接头采用带密封圈的压环或中空固定螺丝。

优选的，本实用新型中的所述液芯波导管3采用四氟乙烯的无定形聚合物，内径为0.1mm-2mm，长度为3cm-500cm。

在本实用新型的一种液芯波导流通池中，所述脱气装置5为设置在进水管41上的真空腔体和真空泵，或者为在线脱气机。

本实用新型采用上述技术方案，采用四氟乙烯无定形聚合物作为液芯波导管的材料，实现了液芯全发射吸收光路，大幅度提高了检测精度；同时在进水管上设置脱气装置，消除了进入波导管内的气泡，有效地降低了样品污染和光信号的扰动，提高了检测灵敏度，检测结果重现性好。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的液芯波导流通池的结构示意图。

图2为实施例中的第一光纤耦合器的内部结构示意图。

图中标号：11-第一光纤，1’-连接光纤，12-第二光纤，21-第一光液耦合器，22-第二光液耦合器，3-液芯波导管，41-进水管，42-出水管，5-脱气装置，61-第一光纤适配器，62-第二光纤适配器，71-第一密封紧固接头，72-第二密封紧固接头。

具体实施方式

实施例

参见图1和图2，图示中的一种液芯波导流通池为本实用新型的优选方案，具体包括第一光纤1、第二光纤12、第一光液耦合器21、第二光液耦合器22、液芯波导管3、进水管41、出水管42、脱气装置5、第一光纤适配器61、第二光纤适配器62、第一密封紧固接头71、第二密封紧固接头72，其中，第一光纤11和进水管41汇接在液芯波导管3的一端，第二光纤12和出水管42汇接在液芯波导管3的另一端，样品溶液从进水管41进入液芯波导管3并从出水管42流出，形成液芯波导，光线由第一光纤11进入液芯波导管3，通过样品溶液形成的液芯波导，由第二光纤12输出，将第二光纤12与检测设备(光谱仪)相连，从检测设备可以获得标样和样品溶液的吸光度，进而对比获得样品溶液的浓度。

本实施例采用具有三通接口的光液耦合器实现光纤、进(出)水管以及液芯波导管的耦合连接，其中，第一光纤11通过第一光纤适配器61固定连接在第一光液耦合器21的第一接口，液芯波导管3的一端通过第二密封紧固接头72与第一光液耦合器21的第二接口固定连接，进水管41通过第一密封紧固接头71与第一光液耦合器21的第三接口连接；同样的，第二光纤12通过第二光纤适配器62固定连接在第二光液耦合器22的第一接口，液芯波导管3的另一端通过第二密封紧固接头72与第二光液耦合器22的第二接口固定连接，出水管42通过第一密封紧固接头71与第二光液耦合器22的第三接口连接。

所述第一光液耦合器21和第二光液耦合器22上对接光纤的第一接口和对接液芯波导管的第二接口同轴设置，在第一光液耦合器21和第二光液耦合器22内部固定嵌装有连接光纤1’，第一光纤11或第二光纤12的连接端通过光纤适配器连接在光液耦合器上后，通过连接光纤1’与液芯波导管3的内腔同轴对接，保证光液耦合器将来自光纤的光信号与水管的溶液进行耦合。

本实施例的液芯波导管3，其材质为一种四氟乙烯的无定形聚合物，具体为TeflonAF2400或Teflon AF1600，由Teflon AF制造的液芯波导，在充满水溶液后，入射光可在Teflon AF与水的交界面发生全反射，将光束束缚在波导内传播。

液芯波导管3的内径r为0.1mm-2mm，长度L为3cm-500cm。

第一光液耦合器21和第二光液耦合器22均由金属或非金属工程塑料制成。

在将第一光纤11和第二光纤12分别接入第一光液耦合器21和第二光液耦合器22之前，需连接光纤适配器，光纤连接到光纤适配器后，通过第一接口接入光液耦合器，并通过光纤适配器保持第一接口的密封，两组光液耦合器的结构相同。

由于光纤适配器内侧会与样品溶液接触，可将第一光纤适配器61和第二光纤适配器62采用耐腐蚀材料，如陶瓷、PTFE塑料或316不锈钢。

所述进水管41和出水管42分别通过第一密封紧固接头71与第一光液耦合器21和第二光液耦合器22的第三接口固定对接，液芯波导管3的两端通过第二密封紧固接头72与第一光液耦合器21和第二光液耦合器22固定对接。

密封紧固接头采用带密封圈的压环或中空固定螺丝，并且密封紧固接头由耐腐蚀材料制成，如陶瓷、PTFE塑料或316不锈钢，避免溶液对密封紧固结构的快速腐蚀。

本实施例在进水管41与第一光液耦合器21的第三接口之间设有脱气装置5，通过脱气装置5去除溶液中的杂质气泡。脱气装置具体可采用设置在进水管41上的真空腔体和真空泵，或者采用在线脱气机。

以下以一个实验对本实施例的具体工作过程进行说明。

采用本实施例进行溶液中亚硝酸盐含量的检测，其中液芯波导管3的材料为Teflon AF 2400，液芯波导管3长度100cm、内径0.5mm，脱气装置5采用市售的在线脱气机，第一光液耦合器21和第二光液耦合器22的材料为工程塑料，第一光纤适配器61和第二光纤适配器62的材料为316不锈钢，第一密封紧固接头71和第二密封紧固接头72为由塑料制成的中空固定螺丝。

配置已知浓度的亚硝酸盐溶液作为标样，采用国标GB/T 7493-1987对亚硝酸盐标样和样品溶液进行处理，形成一系列具有浅紫红色的溶液，用蠕动泵将这些溶液分别通过进水管41注入脱气装置5，去除微气泡后进入第一光液耦合器21，通过液芯波导管3，最终从出水管42流出，保证溶液完全充满液芯波导管3。用白光LED作为光源，光线从第一光纤11中通过，经第一光纤适配器61传到连接光纤1’，在第一光液耦合器21的耦合作用下传到液芯波导管3，经过一系列全反射后到达第二光纤适配器62，并通过第二光纤12输出光线到检测设备光谱仪。从光谱仪可分别获得标样和样品溶液的吸光度，对比后可获得样品溶液中的亚硝酸盐含量，检测结果显示整个检测过程均无气泡干扰发生且检测结果重现性好。

以上所述实施例仅仅是对本实用新型的实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域的工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种液芯波导流通池，其特征在于：包括通过液芯波导管(3)对接的第一光纤(11)、进水管(41)和第二光纤(12)、出水管(42)，所述第一光纤(11)通过第一光液耦合器(21)与液芯波导管(3)的一端对接，所述第二光纤(12)通过第二光液耦合器(22)与液芯波导管(3)的另一端对接，所述第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)均设有三通接口，所述进水管(41)和出水管(42)分别连接在第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)的第三接口上，所述进水管(41)上设有脱气装置(5)。

2.根据权利要求1所述的一种液芯波导流通池，所述第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)上对接光纤和液芯波导管的两个接口均同轴设置。

3.根据权利要求2所述的一种液芯波导流通池，所述第一光纤(11)和第二光纤(12)分别通过第一光纤适配器(61)和第二光纤适配器(62)固定在对应的光液耦合器接口上，所述第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)内部嵌装有分别与两侧光纤和液芯波导管端部同轴对接的连接光纤(1’)。

4.根据权利要求3所述的一种液芯波导流通池，所述进水管(41)和出水管(42)分别通过密封紧固接头与第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)固定对接，所述液芯波导管(3)的两端同样通过密封紧固接头与第一光液耦合器(21)和第二光液耦合器(22)固定对接。

5.根据权利要求4所述的一种液芯波导流通池，所述密封紧固接头采用带密封圈的压环或中空固定螺丝。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种液芯波导流通池，所述液芯波导管(3)采用四氟乙烯的无定形聚合物，内径为0.1mm-2mm，长度为3cm-500cm。

7.根据权利要求6所述的一种液芯波导流通池，所述脱气装置(5)为设置在进水管(41)上的真空腔体和真空泵，或者为在线脱气机。