[發(fā)明專利]一種基于光學積分球的氣體在線分析裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510577405.6
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105158184A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張長林;龍剛;劉泓昱;卓深;陳業(yè)奇
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳世繪林科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣體在線分析裝置，適用于基于“分光光度法”(包括差分吸收光譜法、非色散紅外吸收光譜法)、“熒光光度法”、“化學發(fā)光法”以及“拉曼光譜法”等方法的氣體在線監(jiān)測儀器，特別適用于對“靈敏度”和“檢出限”要求非常苛刻的氣體在線監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

常規(guī)基于“光度法”(包括差分吸收光譜法、非色散紅外吸收光譜法)的氣體在線監(jiān)測儀器，其樣品室大都采用圓柱形的氣體腔室，缺陷是：①結(jié)構(gòu)設(shè)計上的限制致使光程受限，從而導致靈敏度較低、檢出限較高；②只有通光部分的氣體試樣與光發(fā)生作用，致使不同濃度氣體試樣反應(yīng)的差異程度不明顯，最終導致檢出限和靈敏度受限。

為了提高靈敏度，常規(guī)的做法是通過“增加氣體腔室線徑”或“設(shè)置多次反射”以增加光程，從而達到提高靈敏度、降低檢出限的目的。雖然這兩種做法可以增加光程，但是由于“光源”至“光接收端”之間的距離也被延長了，致使光源或是光接收端中任意一端位置的微小變化、光線形狀的微小變化和發(fā)散角度的微小變化都會引起較大的光測量誤差，從而影響測量的穩(wěn)定性(或重復(fù)性)，導致其靈敏度和檢出限的改善程度有限。

此外，上述兩種方式均無法讓所有的試樣都與光發(fā)生作用，無法拉大不同濃度氣體試樣反應(yīng)的差異程度，因此其對靈敏度、檢出限及數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的改善程度非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為基于“光度法”(包括差分吸收光譜法、非色散紅外吸收光譜法)的氣體在線分析儀器提供一種創(chuàng)新性的技術(shù)思路與方案，即將傳統(tǒng)“光度法”氣體在線監(jiān)測儀器的“圓柱形”氣體腔室改造成一個“積分球”氣體腔室：

①漫反射層涂敷在積分球的外部，積分球的內(nèi)部采用玻璃如石英玻璃或是化學性質(zhì)極不活潑的其他透光材料，積分球腔室內(nèi)的光傳播介質(zhì)為待測試樣。(有別于傳統(tǒng)積分球的構(gòu)成，漫反射層涂敷在積分球的內(nèi)表面，積分球腔室內(nèi)的光傳播介質(zhì)為空氣或真空。)

②待測試樣在積分球內(nèi)充滿整個積分球腔室，待觀測的特征光譜在積分球內(nèi)部產(chǎn)生。(有別于傳統(tǒng)積分球的使用方法，其待觀測的特征光譜在積分球外部產(chǎn)生，外部產(chǎn)生的特征光譜被導入到積分球內(nèi)進行測量。)

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于光學積分球的氣體在線分析裝置，主要由采樣單元1、預(yù)處理單元2、積分球測量單元3、控制與計算單元4及氣體試劑單元5構(gòu)成：

積分球測量單元3由積分球31、光源32和光接收模塊33構(gòu)成；積分球31由透光基底311、漫反射層312、入射光闌313、出射光闌314、進氣口315、出氣口316構(gòu)成；透光基底311構(gòu)成積分球31的球狀腔室，位于積分球31的內(nèi)側(cè)；漫反射層312涂敷在透光基底311的外部，位于積分球31的外側(cè)；光源32和入射光闌313構(gòu)成入射光路，出射光闌314和光接收模塊33構(gòu)成出射光路，所述入射光路和所述出射光路相交；進氣口315及出氣口316與所述入射光路或所述出射光路不在一條直線上；經(jīng)入射光闌313入射至積分球31內(nèi)的光被漫反射層312多次反射并與試樣作用，在積分球31內(nèi)部產(chǎn)生特征光譜；所產(chǎn)生的特征光譜通過漫反射層312的多次反射后，在出射光闌314處疊加；疊加后的特征光譜經(jīng)出射光闌314被光接收模塊33接收；

采樣單元1負責氣體試樣的自動進樣；

預(yù)處理單元2負責調(diào)節(jié)流量、或除塵、或除濕、或除干擾/腐蝕成分、或混合/稀釋試樣；

積分球測量單元3負責測量積分球31腔室內(nèi)氣體試樣與光作用產(chǎn)生的特征光譜；

控制與計算單元4負責操控系統(tǒng)，并依據(jù)積分球測量單元3測量得到的特征光譜計算氣體試樣中待測物質(zhì)的濃度；

氣體試劑單元5負責貯存測量所需標氣、或載氣、或氣體試劑。

進一步，上述積分球測量單元3能夠測量的特征光譜包括吸收光譜、熒光光譜、拉曼光譜、化學發(fā)光及生物熒光：

當光源32與入射光闌313之間、或出射光闌314與光接收模塊33之間增設(shè)一單色器，可測量吸收光譜；

當光源32與入射光闌313之間和出射光闌314與光電傳感模塊33之間分別增設(shè)一單色器，可測量熒光光譜；

當光源32設(shè)定為激光、出射光闌314與光電傳感模塊33之間增設(shè)一單色器，可測量拉曼光譜；

當發(fā)光行為是由試樣的化學反應(yīng)或生物自身行為引發(fā)時，去除光源32和入射光闌23，可測量化學發(fā)光或生物熒光。

進一步，上述光源32的工作波長包括紫外、可見光和紅外。