本實用新型專利技術提供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、預處理單元及積分球測量單元等構成。其中，積分球測量單元的積分球主要由透光基底、漫反射層、光闌及通氣口構成：漫反射層涂敷在由透光基底構成的球狀腔體外側，入射光路和出射光路共面相交。入射到積分球內的光被漫反射層多次反射并與試樣作用，在積分球內部產生特征光譜；所產生的特征光譜被漫反射層多次反射后，在出射光闌處疊加并被有效的接收；同時，利用積分球還能有效的抑制由于光線形狀及發散角度變化導致的測量誤差。同等線徑條件下，本實用新型專利技術能將傳統基于“圓柱形”氣體腔室的靈敏度和穩定性提高3～10倍。
【技術實現步驟摘要】
本技術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”、“化學發光法”以及“拉曼光譜法”等方法的氣體在線監測儀器，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測領域。
技術介紹
常規基于“光度法”(包括差分吸收光譜法、非色散紅外吸收光譜法)的氣體在線監測儀器，其樣品室大都采用圓柱形的氣體腔室，缺陷是:①結構設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生作用，致使不同濃度氣體試樣反應的差異程度不明顯，最終導致檢出限和靈敏度受限。為了提高靈敏度，常規的做法是通過“增加氣體腔室線徑”或“設置多次反射”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，從而影響測量的穩定性(或重復性)，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生作用，無法拉大不同濃度氣體試樣反應的差異程度，因此其對靈敏度、檢出限及數據穩定性的改善程度非常有限。
技術實現思路
本技術的目的是為基于“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新性的技術思路與方案，即將傳統“光度法”氣體在線監測儀器的“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，積分球的內部采用玻璃如石英玻璃或是化學性質極不活潑的其他透光材料，積分球腔室內的光傳播介質為待測試樣。(有別于傳統積分球的構成，漫反射層涂敷在積分球的內表面，積分球腔室內的光傳播介質為空氣或真空。)②待測試樣在積分球內充滿整個積分球腔室，待觀測的特征光譜在積分球內部產生。(有別于傳統積分球的使用方法，其待觀測的特征光譜在積分球外部產生，外部產生的特征光譜被導入到積分球內進行測量。)本技術的技術方案:—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構成；透光基底311構成積分球31的球狀腔室，位于積分球31的內側；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；光源32和入射光闌313構成入射光路，出射光闌314和光接收模塊33構成出射光路，所述入射光路和所述出射光路共面相交；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；經入射光闌313入射至積分球31內的光被漫反射層312多次反射并與試樣作用，在積分球31內部產生特征光譜；所產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出射光闌314被光接收模塊33接收。所述基于光學積分球的氣體在線分析裝置中，采樣單元1負責氣體試樣的自動進樣；預處理單元2負責調節流量、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腔室內氣體試樣與光作用產生的特征光譜；控制與計算單元4負責操控系統，并依據積分球測量單元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、焚光光譜、拉曼光譜、化學發光及生物熒光: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之間分別增設一單色器，可測量熒光光譜；當光源32設定為激光、出射光闌314與光電傳感模塊33之間增設一單色器，可測量拉曼光譜；當發光行為是由試樣的化學反應或生物自身行為引發時，去除光源32和入射光闌23，可測量化學發光或生物熒光。進一步，上述光源32的工作波長包括紫外、可見光和紅外。進一步，上述積分球31的構成包括以下方式:透光基底311采用玻璃或化學性質極不活潑的其他透光材料，所述玻璃包括石英玻璃，漫反射層312涂敷在透光基底311構成的球狀腔體外部；或透光基底311和漫反射層312合二為一，材料采用聚四氟乙烯、或不銹鋼；或在積分球31的腔室內壁鍍金構成反射層。其中，透光基底311和漫反射層312合二為一，即理解為積分球31僅設置一層具有漫反射功能的結構層(漫反射層312)構成其球狀腔體。進一步，上述入射光路與出射光路之間共面相交形成一的角度為直角、或銳角、或鈍角。本技術的效果:1)入射到積分球腔室內的光被漫反射層多次反射并與試樣作用，提高了特征光譜的產生效率。2)所產生的全部特征光譜被漫反射層多次反射后，在出射光闌處疊加并被探測器有效的接收，提高了特征光譜的探測效率。3)利用積分球的特點還能有效的抑制由于光線形狀、發散角度及探測器上不同位置的響應差異導致的測量誤差。實驗結果表明:在同等線徑條件下，本技術能將傳統基于“圓柱形”氣體腔室的檢測靈敏度和測量穩定性提高3?10倍。【附圖說明】圖1為本技術第一種較佳實施例中基于光學積分球的氣體在線分析裝置的基本構成框圖；圖2為本技術第一種較佳實施例中積分球的基本構成示意圖；圖3為含特定預處理功能的基于光學積分球的氣體在線分析裝置的基本構成框圖。附圖標號說明:1 一采樣單元；2—預處理單元；3—積分球測量單元；31—積分球；311—透光基底；312—漫反射層；313—入射光闌；314—出射光闌；315—進氣口 ；316 —出氣口 ；32—光源；33—光接收模塊；4一控制與計算單元；5—氣體試劑單元。【具體實施方式】為了使本技術要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于光學積分球的氣體在線分析裝置，其特征在于：所述裝置主要由采樣單元(1)、預處理單元(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)構成；其中，積分球測量單元(3)由積分球(31)、光源(32)和光接收模塊(33)構成；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)構成；透光基底(311)構成積分球(31)的球狀腔室，位于積分球(31)的內側；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；光源(32)和入射光闌(313)構成入射光路，出射光闌(314)和光接收模塊(33)構成出射光路，所述入射光路和所述出射光路共面相交；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；經入射光闌(313)入射至積分球(31)內的光被漫反射層(312)多次反射并與試樣作用，在積分球(31)內部產生特征光譜；所產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出射光闌(314)被光接收模塊(33)接收。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張長林，龍剛，劉泓昱，卓深，陳業奇，
申請(專利權)人：深圳世繪林科技有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東;44
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