[發(fā)明專利]一種用于水質(zhì)光學(xué)分析儀表的激光誘導(dǎo)光譜生成裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210297382.X
• 申請(qǐng)日: 2012-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103630523A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳鐵軍;李宏;潘漢青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州希瑪諾光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65;G01N21/64;G01N21/63
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜生成裝置，特別是一種用于檢測(cè)水體有機(jī)物綜合性指標(biāo)的水質(zhì)光學(xué)分析儀表的樣品激光誘導(dǎo)光譜生成裝置。

背景技術(shù)

所述水質(zhì)光學(xué)分析儀表被廣泛用于檢測(cè)水體的有機(jī)物綜合性指標(biāo)值（如COD、BOD、TOC、CODmn等），其工作機(jī)制是利用紫外／可見(jiàn)（UV/Vis）波段（200-800nm）的連續(xù)光譜光束照射水體時(shí)，其能量會(huì)被其中各種有機(jī)物分子選擇性吸收、散射或激發(fā)熒光的原理，通過(guò)測(cè)量水樣的UV吸收光譜強(qiáng)度或熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度，再由數(shù)學(xué)模型計(jì)算獲得水樣中有機(jī)物綜合性指標(biāo)的測(cè)量值。在這種工作原理的測(cè)量裝置中，除了光源、光敏傳感器、水樣采樣裝置等物理光學(xué)檢測(cè)設(shè)備和嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元外，排除了所有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此不再需要任何化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，從而從性能上克服了傳統(tǒng)的水質(zhì)化學(xué)分析儀表的一系列缺陷，特別適用于無(wú)人值守的大范圍在線水質(zhì)分析、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN101275905《一種多源光譜融合便攜式水質(zhì)分析儀》給出了此類水質(zhì)光學(xué)分析儀表的一個(gè)典型實(shí)例。

但現(xiàn)有的光譜生成技術(shù)通常直接利用產(chǎn)生UV/Vis連續(xù)光譜的光源（如氘鎢燈）照射樣品，并通過(guò)光譜儀將透射光轉(zhuǎn)換為吸收光譜；或利用單波長(zhǎng)激光光源（如半導(dǎo)體激光器）激發(fā)樣品，然后通過(guò)光譜儀將樣品發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成熒光發(fā)射光譜。采用上述方法生成的樣品光譜均為描述吸收光強(qiáng)與光源照射波長(zhǎng)之間關(guān)系（對(duì)UV/Vis吸收光譜而言）、或描述熒光發(fā)射光強(qiáng)與熒光發(fā)射波長(zhǎng)之間關(guān)系（對(duì)熒光發(fā)射光譜而言）的一維光譜，對(duì)樣品中各種有機(jī)物成分的辨別能力較差，使水體有機(jī)物綜合性指標(biāo)值的檢測(cè)誤差較大。并且生成上述兩類光譜需采用不同的光源，增加了水質(zhì)分析儀表結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

事實(shí)上，在所述水質(zhì)光學(xué)分析儀表中，利用不同波長(zhǎng)的光源照射樣品激發(fā)熒光并獲取其熒光發(fā)射光譜，最后生成描述熒光發(fā)射光強(qiáng)與激發(fā)光源波長(zhǎng)及熒光發(fā)射波長(zhǎng)之間關(guān)系的高維熒光光譜，對(duì)于充分揭示樣品中各種化合物的成分和含量、提高水質(zhì)有機(jī)物綜合性指標(biāo)的檢測(cè)精度具有重要意義。目前在熒光分析領(lǐng)域，生成高維熒光光譜的裝置主要是熒光分光光度計(jì)，采用可產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源（如氙弧燈）經(jīng)掃描激發(fā)單色器過(guò)濾出一系列單色激發(fā)光照射樣品，然后依次將樣品發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成熒光發(fā)射光譜，聯(lián)合激發(fā)光源的不同波長(zhǎng)構(gòu)成高維熒光光譜。通常由于獲得的樣品熒光發(fā)射強(qiáng)度極其微弱，除需使用大功率的光源外，在獲取樣品的熒光發(fā)射光譜時(shí)還需使用發(fā)射單色器和光電倍增管，進(jìn)一步增加了裝置的復(fù)雜性和儀表的測(cè)量誤差。針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN101275905給出了一種以多個(gè)小型固體激光器和半導(dǎo)體激光器組成的數(shù)控多波長(zhǎng)集成激光器為光源的高維熒光光譜生成裝置，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制不同波長(zhǎng)的激光器切換產(chǎn)生一系列單色激發(fā)光。但這種裝置要使用多個(gè)激光器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且輸出的激發(fā)光波長(zhǎng)受各個(gè)激光器的材料限制，難以在需要的帶寬范圍內(nèi)均勻分布在不同的激發(fā)波長(zhǎng)上，不能獲得理想的高維熒光光譜，從而不利于提高水質(zhì)分析儀表的精度。此外，使用上述技術(shù)方案只能生成樣品的熒光光譜，如需生成UV/Vis吸收光譜仍需采用其他光源。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在生成水質(zhì)樣品高維光譜時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激發(fā)光源波長(zhǎng)受限的問(wèn)題，而提供一種新的水質(zhì)光學(xué)分析儀表激光誘導(dǎo)光譜生成裝置。其特點(diǎn)是采用單一可調(diào)波長(zhǎng)激光光源即可同時(shí)獲取被分析樣品的UV/Vis吸收光譜、拉曼散射光譜和高維熒光光譜，并且激發(fā)光波長(zhǎng)在需要的帶寬范圍內(nèi)均勻分布，使樣品中各種有機(jī)物成分的光譜特性得到充分激勵(lì)，可顯著改善樣品有機(jī)物綜合性指標(biāo)值的檢測(cè)精度。

本發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備是可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器（TLD）。TLD是在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長(zhǎng)的激光器，通過(guò)熱調(diào)諧、機(jī)械調(diào)諧或載流子注入來(lái)直接或間接改變激光器諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)調(diào)諧，再通過(guò)波長(zhǎng)選擇單元、相位調(diào)節(jié)單元進(jìn)行腔模對(duì)準(zhǔn)和波長(zhǎng)輸出。TLD被廣泛應(yīng)用于寬帶光通訊系統(tǒng)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、燃?xì)鉁囟葴y(cè)量等領(lǐng)域也有少量應(yīng)用實(shí)例。但在這些應(yīng)用中，通常采用可見(jiàn)和紅外波段的TLD光源，在光譜分析領(lǐng)域的應(yīng)用通常采用吸收光譜。本發(fā)明首次采用TLD光源在UV/Vis波段范圍內(nèi)同時(shí)生成樣品吸收光譜和高維熒光光譜，用于水體有機(jī)物成分和含量分析。