CN86102976A

CN86102976A - 付里叶变换红外光声光谱探测器

Info

Publication number: CN86102976A
Application number: CN 86102976
Authority: CN
Inventors: 蒋大振; 张元福; 汤国庆; 刘汉玉
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 1986-04-26
Filing date: 1986-04-26
Publication date: 1987-11-11

Abstract

本发明是一种付里叶变换红外光声光谱探测器，它与付里叶变换红外光谱仪配接起来即构成付里叶变换红外光声光谱仪。本发明具有抗干扰、信噪比高、灵敏度高，设计紧凑合理、调整使用方便，可测气、液、固态各种样品、图谱质量好。本发明全部使用国产材料和元器件制造，成本低、性能稳定。

Description

本发明是一种红外光声光谱探测器。它与付里叶变换红外光谱仪配接起来即构成付里叶变换红外光声光谱仪。

付里叶变换红外光声光谱（FTIR-PAS）技术是七十年代末发展起来的一种新的光谱测试技术。此技术特别适用于高散射、不透明、形状不规整及难于制样等样品的光谱测量。所测样品不需要处理，测量中又不破坏样品，所以对未知物剖析、微量样品进行光谱测量是一种非常好的方法。此外，它还用来对层状、不均匀样品进行不同深度的剖析和非辐射能量转移机制的研究。此技术的装置见附图1，图中方框虚线内是付里叶变换红外光谱仪，虚线外的光声池、前置放大器和电源组成光声光谱探测器。

目前，付里叶变换红外光声光谱探测器国外（如美国）已有商品，但存在下列问题：

1、光声池抗外界干扰能力差，其图谱的信噪比较低。

2、光声池样品室体积不可调，容易污染，操作不方便。

3、反射镜是采用铝聚光镜，反射效率低，不能拆换，反射光束大小不能调节。

4、有的光声池样品室无进、排气口，只能测固体样品，其图谱质量差。有的光声池虽有进、排气口，但装置极为复杂，使用既不方便又易损坏，难以修复。

5、光声池红外窗口（如氯化钠、溴化钾、碘化铯…等晶体片）与池体压封相连部分的设计不合理，操作时极易压裂窗口。

针对上述问题，不断改变光声池的构造，进行反复实验，终于完成本发明。制成了付里叶变换红外光声光谱（FTIR-PAS）探测器，其光声池的构造详见附图2。

本发明的光声池体①是用不锈钢制作，样品室壁厚度（l）为：l≥20毫米;光声池体①重量（G）为：G≥2000克。可抗外界低频振动的干扰，提高了光谱测量的信噪比。

本发明的光声池样品室②为园柱体形，其容积用直径（Φ）与高度（h）来表示，即Φ＝6～13毫米，h＝2～10毫米。根据实验的需要，可填充与之匹配的不锈钢园片（Φ＝6～13毫米，h＝1～4毫米）来改变样品室②的容积，以适应各种大小样品的测试。样品一般是放入用铝箔压制的样品皿中（Φ＝6～13毫米）深度为1～2毫米）或者放入不锈钢、石墨的样品皿中（外径为6～13毫米，内径为3～12毫米，深度为1～3毫米，高度为4毫米）。测试样品放在上述样品皿中，可以用摄子放入样品室②或从样品室②中取出，操作方便，避免样品污染样品室②。

本发明的光声池反射镜③，采用镀金的平面镜和2∶1的球面聚光镜，二种反射镜可以互换使用。根据需要可以采用其中之一，另外拆卸、更换方便，从而可调节光斑直径为3～13毫米与样品皿内径相匹配。可提高测量的灵敏度，又能扩大测试样品的种类。

本发明的光声池样品室②有三个直径为0.5～2.0毫米的孔道，其中一个孔道与微音器④相连接;余下二个孔道⑤⑥与进气口、排气口装置相通。进、排气口由压紧螺钉⑦⑧压橡胶垫密封。压紧螺钉⑦⑧有直径为0.5～2.0毫米的中心孔（12）。使用时，可用注射针头插入压紧螺钉⑦⑧的中心孔（12），穿过橡胶垫形成通路，注射针头中一个再与气源或泵相连，另一注射针头与大气相通或与反应体系连接，实现进、排气体或气体循环。因此可按实验要求净化样品表面或充入所需气体，这样既可排除气体干扰又能测量气、液态样品。

本发明光声池样品室②的窗口，由内环⑨、外环⑩固定晶体片（11）构成，先在外环⑩底部承托处放一薄橡胶或塑料垫圈，接着放入与外环内径匹配的按实验需要的晶体片（11）（如：氯化钠、溴化钾、碘化铯、溴碘化铊等）之后再放上一薄橡胶或塑料垫圈，然后旋入内环⑨，适当紧固达密封止。将装好窗口的外环⑩旋入已放橡胶或塑料垫圈的光声池体①上保证密封。装卸、更换样品只需旋出外环⑩即可。可以防止窗口晶体片（11）损坏。上述内环⑨、外环⑩以及各种垫圈的通光孔径为6～13毫米。

综上，本发明的付里叶变换红外光声光谱（FTIR-PAS）探测器具有抗干扰，信噪比高，灵敏度高，设计紧凑合理，调整便用方便、可测气、液、固态各种样品，图谱质量好等特性。另外本发明全部使用中华人民共和国产的材料和元器件制造的，其成本低，性能稳定。

利用本发明与尼高力（Nicolet）公司的170SX仪器配接，测得光谱图举例如下：

下述FTIR-PAS图没加任何修正与处理。

例1：附图3是HZSM-5分子筛的FTIR-PAS图。图中a、b、c、d、e、f、谱线的扫描速度参数（VEL）分别为1、5、10、14、17、21。其他测试条件相同。反映骨架伸缩振动的光谱区（900～1300cm^-1）中的峰形随扫描速度的增加而明显改变。峰形随扫描速度的变化可归结于峰形随样品不同深度剖面而变，表明HZSM-5分子筛晶体结构的组成是不均匀的。这种功能是通常的红外技术所不具备的。

例2：附图4石墨纤维的FTIR-PAS图。其光谱范围为5000～400cm^-1;扫描速度参数（VEL）为5，即0.064厘米/秒;分辨率为8cm^-1;累加次数为400次测得曲线1。

曲线2的扫描速度参数为7即0.08厘米/秒，余下条件与曲线1相同。

例3：附图5是聚甲基丙烯酸酯FTIR-PAS图。光谱范围为3580～610cm^-1;分辨率为8cm^-1;扫描速度参数（VEL）为10，即0.11厘米/秒;累加次数为400次。

例4：附图6、7、8、9是白色涂改液体的FTIR-PAS图，它们的光谱范围为4000～400cm^-1;扫描速度参数（VEL）为10;累加次数为32次;附图6、7、8的分辨率分别为2、4、8cm^-1;三个图对比可见本发明分辨率与FTIR光谱仪分辨率同步。

附图8、9测试条件完全一致、同一样品相隔一天后再测（没定量）看其重复性。

从附图6、7、8、9还可看出，在累加次数仅为32次时亦能得到高质量的谱图，表明本发明FTIR-PAS探测器所测光谱图信噪比高。

附图说明：

图1：FTIR-PAS仪原理方框图

图2：FTIR-PAS探测器光声池构造图

图3：HZSM-5分子筛的FTIR-PAS图

图4：石墨纤维的FTIR-PAS图

图5：聚甲基丙烯酸酯的FTIR-PAS图

图6、7、8、9、为白色涂改液体的FTIR-PAS图。

附图中的英文符号的中文意义

PAS 光声光谱 SEC. 秒

MEAS. 测量 TIME 时间

NDP 采样点数 NTP 变换点数

NSD 扫描次数 VEL 动镜速度参数

APT 光孔 BL 大孔

GAN 增益 COR 相关参数

LO 低 HPS 高通滤波

LPS 低通滤波 SMO 平滑

NO 不 PTS 平滑点数

WAVENUMBERS 波数

TIPP-EX FLUID 白色涂改液

NICOLET FT-IR 尼高力付里叶变换红外光谱

MEAS.TIME 测量时间

%TRANSMITTANCE 百分透过率

Claims

1、本发明为一种付里叶变换光声光谱探测器，它是由电源、光声池、前置放大器三部分组成，其特征在于光声池的样品室②壁厚l≥20毫米，光声池体①G≥2000克。

2、如权利1所述的光声池，其特征在于光声池样品室②为园柱体形，Φ＝6～13毫米，h＝2～10毫米。

3、如权利1、2所述的光声池样品室②，其特征在于用Φ＝6～13毫米，h＝1～4毫米的不锈钢园片填充样品室②，改变其容积。

4、如权利1、2、3所述的光声池样品室②，其特征在于样品放入铝箔压制的样品皿中（Φ＝6～13毫米，深度为1～2毫米）或放入不锈钢、石墨的样品皿中（外径为6～13毫米，内径为3～12毫米，深度为1～3毫米，高度为4毫米）。

5、如权利1所述的光声池，其特征在于反射镜③采用镀金平面镜，可拆卸，二种反射镜可互换使用，可调节光斑直径为3～13毫米与样品皿内径相匹配。

6、如权利1、2所述光声池样品室②，其特征在于样品室②有三个直径为0.5～2.0毫米的孔道。其中一个孔道与微音器④相连接，余下二个孔道⑤⑥与进气口、排气口装置相通。

7、如权利1、2、6所述光声池样品室②，其特征在于进、排气口用压紧螺钉⑦⑧压橡胶垫密封。压紧螺钉⑦⑧有直径为0.5～2.0毫米的中心孔（12）。

8、如权利1、2所述光声池样品室②，其特征在于窗口由内环⑨、外环⑩固定晶体片（11）构成。通光孔径为：6～13毫米。

9、如权利1、2、8所述光声池样品室②的窗口，其特征在于用橡胶或塑料垫圈密封。通光孔径为：6～13毫米。