CN207557095U - 一种检测溶液中糖分浓度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种检测溶液中糖分浓度的装置，包括光源、起偏器、检偏器和光功率计，在起偏器和检偏器的光路之间设有样品盒，样品盒两侧内壁设有第一高反反光镜和第二高反反光镜，光源射出的光束经过起偏器后入射到样品盒中，且在第二高反反光镜和第一高反反光镜之间来回反射，最终从样品盒射出并垂直出射到带有刻度转盘的检偏器上，根据样品盒在装载样品前后检偏器旋转角θ可计算得到待测溶液中的糖分含量。本装置可应用于食品饮料中糖份快速检测，医学上用于对血液或尿液中血糖浓度的快速定量测量等。

Description

一种检测溶液中糖分浓度的装置

技术领域

本实用新型涉及一种光学检测装置，具体是一种检测溶液中糖分浓度的装置。

背景技术

目前，测量溶液中糖分含量的方法有很多，大致可分为物理测量法、化学测量法和色谱法等。旋光法是物理测量法中一种快速准确的测量方法。使用旋光法测量时，旋光度的准确测量是非常重要的，在传统的利用旋光测量法中，为了准确测出旋光度，除了对仪器精度要求较高外，还要求测量样品容器比较长(一般要20cm左右，以致需要样品较多)和样品浓度较大。对于样品较少，样品中糖分含量较低时测量精度就会下降。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够自动检测溶液中糖分浓度的装置，可应用于食品饮料中糖份快速检测，医学上用于对血液或尿液中血糖浓度的快速定量测量等。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种检测溶液中糖分浓度的装置，包括沿光路依次设置的光源、起偏器、检偏器和光功率计，在起偏器和检偏器的光路之间设有样品盒，所述样品盒两侧内壁设有第一高反反光镜和第二高反反光镜，第一高反反光镜和第二高反反光镜的反光面相对设置；从光源射出的光束经过起偏器后入射到样品盒中第二高反反光镜上，且在第二高反反光镜和第一高反反光镜之间来回反射，最终从样品盒射出并垂直出射到带有刻度转盘的检偏器上并在光功率计上显示光强值。

其中，所述第一高反反光镜和第二高反反光镜为对应光源波长的高反反光镜，其对于光源发出的光的反射率在95％以上，其在样品盒内两侧内壁相对放置，且第一高反反光镜沿样品盒内壁方向两端留有空隙供光束射入和射出样品盒，第二高反反光镜与样品盒内壁等长，从事使光束在第一高反反光镜和第二高反反光镜之间能够反射足够多的次数。

所述光源与起偏器之间还设有第一凸透镜，起偏器与第一凸透镜的距离为第一凸透镜的焦距，通过第一凸透镜后产生平行的光束。

所述光源为半导体激光器或LED单色光源，可以根据需要进行更换。

在检偏器与光功率计的光路之间还设有第二凸透镜，第二凸透镜和光功率计的距离为第二凸透镜的焦距，从而将通过第二凸透镜的平行线偏光汇聚于光功率计的检测探头上。

进一步的，在光功率计的一端还连接有一数据收集和处理系统，记录光功率计测得的光强数据并进一步处理。

有益效果：

1、利用线偏光通过在样品盒内两侧高反反光镜多次反射以增加线偏光在样品中的光程提高旋光度，不需要较长样品容器就能完成精确的测量。

2、利用数据收集和处理系统，可以将不同已知糖分浓度的样品对应的输出光强记录保存，在后续测定待测样溶液时，可以根据实际测得的待测样溶液光强与记录的光强进行对比，从而直接获得待测溶液糖分浓度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该装置光源、第一凸透镜、起偏器的连接关系及其对应的光线传播线路图。

图2是高反反光镜与样品盒的位置关系及其对应的光线传播线路图。

图3是检偏器、第二凸透镜、光功率计和数据收集和处理系统的连接关系及其对应的光线传播线路图。

具体实施方式

如图1～3所示，该装置包括光源1、第一凸透镜2、起偏器3、第一高反反光镜41、第二高反反光镜42、样品盒5、检偏器6、第二凸透镜7、光功率计8和数据收集和处理系统9。

光源1产生光束，通过第一凸透镜2后产生平行的光束，再通过起偏器3后变成平行的线偏光，平行的线偏光通过装有待测溶液的样品盒5，照射在样品盒5内两侧壁的高反反光镜上，并发生反射，反射后的线偏光再次通过装有待测溶液的样品盒5，如此循环后从样品盒5射出并垂直出射到带有刻度转盘的检偏器6上；第二凸透镜7将通过检偏器6的平行线偏光汇聚于光功率计8的检测探头上，从而测定出透过检偏器6 的光强。

使用时，将装有第一高反反光镜41和第二高反反光镜42的空样品盒5置于起偏器3和检偏器6之间，调节检偏器6的角度，使得透过检偏器6的光强在光功率计8 的数值为零；将蔗糖溶液注入样品盒5内，由于蔗糖溶液的旋光效应，光功率计8输出光强值将不再为零，需要再次调节检偏器6的角度，使得透过检偏器6的光强在光功率计8的数值再次为零，此时根据检偏器6调整前后刻度转盘的数值计算出旋转角θ，然后根据旋光率公式：可得溶液浓度：从而进一步计算得到待测溶液中的糖分含量，式中：C为溶液中所含糖分浓度，单位：g·cm^-3；θ为旋转角，单位：(°)；是比旋光度或旋光率，单位：[(°)·g^-1·cm³·dm^-1]；右上标t为测量时溶液温度，单位：(℃)；右下标λ是光源光束的波长，单位：(nm)；l是光在溶液中通过的路程；在对应温度和光源波长一般为定值，如蔗糖在20℃，偏振光为钠光λ＝589.3nm时，其旋光率为(+65.9°)·g^-1·cm³·dm^-1；l是光在溶液中通过的路程，单位：(dm)，以线偏光在样品盒中反射4次为例，如图2所示，设样品盒中第一高反反射镜41高为h，宽度为d，则由几何关系可得

以下为利用以上设计实际方案制作装置测量20℃蔗糖溶液浓度的数据，其中光源为钠光光源λ＝589.3nm，第一高反反光镜41的高度40.08mm，宽度为30.10mm，偏振光从第一高反反光镜41上沿射入，在样品盒中反射4次后，从下沿射出，测量数据如表1所示。

表1

样品浓度C(g·cm-3)	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3
							旋转角测量值θ(°)	7.432	15.124	22.952	31.035	39.123	46.624
旋转角理论值θ0(°)	8.0005	16.001	24.0015	32.002	40.0025	48.003
							旋转角百分误差(％)	7.16	5.48	4.37	3.02	2.20	2.87

实施例2

如图3所示，在实施例1基础上，光功率计8的一端连接数据收集和处理系统9，把起偏器和检偏器偏振化方向夹角调成互相垂直，此时光功率计输出光电流为0，光功率计8连接有一数据收集和处理系统9，在样品盒5中分别装入不同已知蔗糖溶液浓度的样品，光功率计8显示不同浓度样品所对应的输出光强I并发送至数据收集和处理系统9中记录保存，然后在样品盒5中装入待测溶液，光功率计8显示光束穿过待测溶液输出光强I'并发送至数据收集和处理系统9，数据收集和处理系统9将输出光强I'与记录保存的输出光强I进行比对，从而直接显示待测溶液的糖分浓度，测定数据如表2 和表3所示。

表2

标准样品浓度C(g·cm-3)	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3
							光功率计电流I(μA)	37.4	145.3	317.2	539.4	795.5	1064.4

表3

样品浓度C(g·cm-3)	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3
							光功率计电流I'(μA)	37.1	144.2	319.2	536.6	790.5	1059.2
光电流与标准值百分误差(％)	0.8	0.76	6.3	0.52	0.63	0.49

本实用新型提供了一种检测溶液中糖分浓度的装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种检测溶液中糖分浓度的装置，包括沿光路依次设置的光源(1)、起偏器(3)、检偏器(6)和光功率计(8)，其特征在于，在起偏器(3)和检偏器(6)的光路之间设有样品盒(5)，所述样品盒(5)两侧内壁设有第一高反反光镜(41)和第二高反反光镜(42)，第一高反反光镜(41)和第二高反反光镜(42)的反光面相对设置；从光源(1)射出的光束经过起偏器(3)后入射到样品盒(5)中，且在第二高反反光镜(42)和第一高反反光镜(41)之间来回反射，最终从样品盒(5)射出并垂直出射到带有刻度转盘的检偏器(6)上并在光功率计(8)上显示光强值。

2.根据权利要求1所述的一种检测溶液中糖分浓度的装置，其特征在于，所述第一高反反光镜(41)和第二高反反光镜(42)在样品盒(5)内两侧内壁相对放置，且第一高反反光镜(41)延样品盒(5)内壁方向两端留有空隙供光束射入和射出样品盒。

3.根据权利要求2所述的一种检测溶液中糖分浓度的装置，其特征在于，所述光源(1)与起偏器(3)之间还设有第一凸透镜(2)。

4.根据权利要求1所述的一种检测溶液中糖分浓度的装置，其特征在于，所述光源(1)为半导体激光器或LED单色光源。

5.根据权利要求3所述的一种检测溶液中糖分浓度的装置，其特征在于，在检偏器(6)与光功率计(8)的光路之间还设有第二凸透镜(7)。

6.根据权利要求5所述的一种检测溶液中糖分浓度的装置，其特征在于，所述光功率计(8)连接数据收集和处理系统(9)。