专利名称：一种甲醛检测的装置与方法
技术领域：
本发明涉及光谱分析技术领域，特别涉及一种 甲醛检测的装置与方法。
背景技术：
甲醛(HCHO)在常温下是一种无色，有刺激性气味的气体，易溶于水、醇和醚。甲醛对人的眼睛、呼吸系统、神经系统等均有强烈危害，长时间接触会导致组织畸变并引起癌变，因此它是一种潜在的危险致癌物和重要的环境污染物，对人体严重有害。很多装潢材料，如胶合板、细木工板、泡沫塑料和油漆、以及某些化纤地毯、涂料都含有甲醛。所以刚刚装修过的居室一般都会存在甲醛超标，这也是当下一个被人热议的话题；另外还有一部分化妆品中也会含有甲醛成分。由于长时间处在甲醛过高的室内而引发病变的案例，近年来也屡有报导，尤其对于免疫力较弱的儿童来说，影响更为严重。总之在日常生活中，对环境中甲醛含量的控制是保证健康生活的关键之一。这也就使得人们在日常生活中或者工业生产中，需要对空气中的甲醛含量进行实时的检测。目前甲醛的国标检测方法主要有化学法和仪器法两大类。化学方法主要有酚试剂法、乙酰丙酮法、变色酸法、盐酸副玫瑰苯胺法等。仪器法主要包括气相色谱法、离子色谱法、示波极谱测定法等。这些方法拥有各自的优点，总体上都满足确定度高，测量范围广的要求。但是这些方法均是属于离线检测，也就是将气体样品采集回实验室后进行分析；所以按照上述方法进行检测周期长、成本高、步骤繁琐，不能在待检测的现场直接进行，无法实时地反映室内空气甲醛的污染程度及满足现场大批测点的监测需要。现有技术中还有一种利用光谱检测系统检测甲醛含量的方法。该系统是基于酚试剂分光度原理，得到甲醛分析液的光谱图，以标准参考液的最大吸收强度为参比，求得甲醛浓度。这种利用光谱检测的方法的优点是效率较高，能够实现快速检测这一要求。但是传统的光谱分析技术需要化学试剂参与相应的反应之后，再进行检测，同样是只能将样本采集后拿回到实验室进行检测。而且化学试剂本身对人体有害，并且该方法对周围环境和测量条件的一致性的要求比较高，因此在实际的检测应用有一定的局限性。因此快速准确的甲醛检测装置的开发是非常必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种甲醛检测装置与方法，所述装置与方法基于拉曼光谱原理，实现在线的实时实地快速检测甲醛含量。为实现上述目的，本发明有以下技术方案一种甲醛检测装置，所述装置包括采样系统，用于采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本，并使甲醛溶液样本在激发光源的激发下，产生拉曼散射光；光源，用于为甲醛溶液样本的拉曼光谱测量提供光照，激发其发生拉曼散射；光谱仪，用于采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱，并将其光信号转化成电信号；控制处理器，用于对所述装置的其他部分发出指令，控制整个装置的工作流程，并接收样本拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。
所述采样系统具体包括气泵，用于抽取待测空气样本；样品池，用于承装去离子水，并使空气样本中的甲醛溶解于去离子水中，制成甲醛溶液样本；采样探头，用于传导光源产生的光线，使光线落在甲醛溶液样本表面产生拉曼散射光；并将拉曼散射光收集后传导至光谱仪。所述装置还包括输出显示器，用于从控制处理器获取甲醛浓度的测量结果并显示。所述装置还包括电源装置，用于为所述装置其他部分提供电能。一种甲醛浓度检测方法，所述方法包括以下步骤采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本；利用光源对甲醛溶液样本进行激发，产生拉曼散射光；采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱；对拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。所述将空气样本制成甲醛水溶液具体为气泵抽取一定量的空气样本，通过相应的导管将空气样本与去离子水接触,使空气样本中的甲醛完全溶解于去离子水中，得到甲醛溶液样本。所述利用采样系统获得甲醛水溶液拉曼散射光具体为所述连续激光器发出的光照经聚焦透镜汇聚到甲醛溶液样本的表面，使甲醛溶液样本受激产生的拉曼散射光强最大。从而提高拉曼光谱的信噪比。所述方法还包括利用输出显示器显示出测得的甲醛浓度。一种通过拉曼光谱定量分析计算甲醛浓度的方法，所述方法包括以下步骤对不同已知浓度的标准甲醛溶液进行拉曼光谱采集，得到相应的拉曼光谱；利用所述不同的标准甲醛溶液的浓度与其对应的拉曼光谱建立校正模型；对利用空气样本制成的甲醛溶液样本采用与标准甲醛溶液相同的方法、仪器和参数设置进行拉曼光谱采集，得到待测样本拉曼光谱；将待测样本拉曼光谱代入校正模型，计算出甲醛溶液样本的甲醛浓度。所述利用所述不同已知的甲醛溶液浓度与其对应的标准拉曼光谱建立校正模型具体为将各标准样本的拉曼光谱进行降噪处理，并利用独立主成分分析方法计算出降噪后的标准样本的不携带背景和其他干扰的纯拉曼光谱信号的权重矩阵；利用已知的甲醛溶液浓度与所述权重矩阵建立校正模型。通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是，该装置的设计尤其是由气泵和采样系统结合的方式，将拉曼光谱定量分析技术应用于空气中甲醛含量的在线检测，将气体测量转化为液体测量，大大缓解了对探测器的影响，延长使用寿命。另外，基于拉曼光谱分析原理分析甲醛水溶液的拉曼散射光，无需借助化学试剂，能够实现实时实地的快速检验空气中的甲醛含量。并且本发明在光谱分析当中采用独立主成分分析法，排除了相关背景及其他信息的干扰，避免了环境对测量结果的干扰和局限，使得测量结果更加精准。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例所述甲醛检测装置结构示意图；图2为本发明另一实施例所述甲醛检测装置结构示意图；图3为本发明实施例所述甲醛检测方法流程图；图4为本发明另一实施例所述甲醛检测方法流程图；图5为本发明实施例所述通过拉曼光谱分析计算甲醛浓度的方法流程图；图6为本发明另一实施例所述通过拉曼光谱分析计算甲醛浓度的方法流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。拉曼散射(Raman scattering)的定义是,光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，又称拉曼效应。该频率的变化位移只取决于分子自身的特点，而某确定频移处的光散射强度与对应分子浓度成正比。拉曼光谱分析法是基于上述拉曼效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析得到分子振动、转动方面信息，并可以应用于某些红外吸收不是很明显的物质的定量分析。本发明正是依据拉曼散射与拉曼光谱的分析来提供理论基础，从而对甲醛溶液样本进行光谱分析得到甲醛浓度。参照图I所示，为本发明所述甲醛检测装置的具体实施例。本实施例中，所述装置包括采样系统，用于采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本，并使甲醛溶液样本受到光源的激发，产生拉曼散射光；光源，用于为甲醛溶液样本的拉曼光谱测量提供激发光照；光谱仪，将采集到的拉曼散射光分光并光电转换，得到样本的拉曼光谱；控制处理器，用于对所述装置的其他部分发出指令，控制装置其他部分的工作，并对接收到的样本拉曼光谱进行分析，计算空气样本中的甲醛浓度。本实施例为本发明所述甲醛检测装置的基础实施例。本实施例中所述装置存在的有益效果是本实施例中利用拉曼散射效应进行光谱定量分析，无需借助各种有毒害的化学试剂，也无需进行复杂的化学反应，所述采集空气样本和制作甲醛溶液样本的步骤均可以实时实地完成，不再受到环境的局限，实现了在线的甲醛浓度检测；所以本实施例所述装置即具备光谱检测高效的优点，又解决了传统光谱检测方法只能离线检测，并且毒害严重的技术缺点。参照图2所示，为本发明所述甲醛检测装置的另一个具体实施例。本实施例当中，所述装置具体包括采样系统，用于采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本，并使甲醛溶液样本接受拉曼光谱测量，产生拉曼散射光；本实施例中所述采样系统具体包括气泵、导管、样品池和采样探头四部分；气泵，用于采集空气样本；也就是利用气泵抽取待测空间内一定量的空气作为样本空气。本实施例中选取的气泵具体为膜片式气泵DA60DC-TH，空气的流量为12L/min。
导管，将气泵抽取的空气样本输送到样品池。样品池，用于承装去离子水，并使空气样本中的甲醛溶解于去离子水中，制成甲醛溶液样本；本实施例中将气泵抽取的空气样本通过导管与样品池中的去离子水相接触，由于甲醛易溶于水，所以空气样本中的甲醛会自动溶解到去离子水中，由此制成甲醛溶液样本。本实施例中选用去离子水的目的在于使甲醛更快速更完全的溶解。采样探头，用于传导光源产生的光照，使光照落在甲醛溶液样本表面产生拉曼散射光；并将拉曼散射光传导至光谱仪；本实施例中采样探头通过光纤连接光源和光谱仪。采样探头从光源处传导进行拉曼光谱测量需要的光线，使光线直接落在甲醛溶液样本的表层。本实施例中为了使光线的能量集中，在采样探头的前端安装了聚焦透镜，并调整采样探头与溶液表面的距离，使光线的焦点刚好落在甲醛溶液样本的表面上，由此增强拉曼散射强度，增加光谱的信噪比，便于后续的分析和计算。甲醛溶液样本受到光源的激发产生拉曼散射光，采样探头收集该拉曼散射光并通过光纤将其传导至光谱仪上。光源，用于为甲醛溶液样本的产生拉曼散射效应提供激发源；本实施例中为了连续测量，所述光源具体选取了连续激光器，激光器的中心波长选定为785nm。激光中心波长的选取需要与光谱仪的型号和功能相匹配，所以在其他具体环境下，也可以根据需要改变激光的中心波长。但进行拉曼光谱测量所需的光源一般需要具备较高的能量和很好的单一性，所以一般首选为激光。光谱仪，用于采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱；光谱仪的工作原理可以简要的概括为，将采集到的拉曼散射光进行分光处理，并将光信号转化成电信号，再通过后续的A/D转化电路及信号放大电路，得到可输出到后续系统的优质数字信号。当然，本实施例中所述光谱仪属于现阶段常规的仪器设备，所以对于其制作样本拉曼光谱的过程不再做出赘述。本实施例中选用的光谱仪型号为海洋光学的QE65000光谱仪，实际应用中也可以选择其它可以与微处理器进行通讯的便携式光谱仪。控制处理器，用于对所述装置的其他部分发出指令，控制装置其他部分的工作流程，并接收样本拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。本实施例中，控制处理器在整体装置中起到枢纽的作用。所述控制处理器对整个检测流程起到控制作用，并且可以进行数据处理。控制处理器的控制作用方面，包括对于各装置各组成部件之间工作状态的指令，相互通讯的信号以及测量流程的控制管理；控制处理器上还设有输入输出接口与外围输入输出设备连接，以实现接收用户控制指令、输出显示测量结果等功能。在数据处理方面，控制处理器接收光谱仪生成的样本拉曼光谱，对其进行预处理和浓度预测，最终得到待测的甲醛浓度。根据需要所述控制处理器中包括DSP芯片或中央处理单元。输出显示器，用于从控制处理器获取甲醛浓度的测量结果并显示；本实施例中增加了输出显示器，用于更加直观的反应出控制处理器检测的最终结果，所述输出显示器与控制处理器连接，可以获取控制处理器计算的检测结果并显示。电源装置，用于为所述装置其他部分提供电能；电源装置能够将民用的220V交流电转换成装置各部分能够直接使用的稳压直流电；或者所述电源装置也可以是满足相应电压电流等级的蓄电池。本实施例是所述甲醛检测装置的一个优选实施例。本实施例中对于各部分给出了更加具体的描述和说明，并且增加了一部分优选的技术特征。本实施例在图I所示实施例之上，进一步具备的有益效果是，本实施例中通过细化采样探头的设计，使拉曼散射光强度增大，光谱信噪比提高，从而得到的拉曼光谱质量更高，所以其检测的结果也必然更加准确，本实施例中通过输出显示器直观的呈现出检测结果，能够提高使用者的体验感受。总体来说本实施例中技术方案更加完整，功能更加完善。
参照图3所示，为本发明所述甲醛检测方法的具体实施例。所述方法包括以下步骤步骤301、采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本；步骤302、利用光源对甲醛溶液样本进行拉曼散射激发，产生拉曼散射光；步骤303、采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱；步骤304、对拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。本实施例为所述方法的一个基础实施例，其实质性技术特征对应图I所示的装置实施例。所以本实施例中所述方法存在的有益效果是本实施例中利用拉曼散射效应进行物质定量分析，无需借助各种有毒害的化学试剂，也无需进行复杂的化学反应，所述采集空气样本和制作甲醛溶液样本的步骤均可以实时实地完成，不再受到环境的局限，实现了在线的甲醛浓度检测；所以本实施例所述方法即具备光谱检测高效的优点，又解决了传统光谱检测方法只能离线检测，并且毒害严重的技术缺点。参照图4所示，为本发明所述方法的另一个具体实施例。本实施例中所述方法包括以下步骤步骤401、开启电源，启动气泵，利用气泵抽取待测空间内一定量的空气作为空气样本；步骤402、在样品池中注入去离子水，将空气样本与去离子水相接触，使空气样本中的甲醛完全溶解于去离子水中，制成甲醛溶液样本；本实施例中选用去离子水的目的在于使甲醛更快速更完全的溶解。步骤403、光源的发出连续激光，经过光纤传导至采样探头，通过采样探头前端的聚焦透镜聚焦后，落在甲醛溶液样本的表面上，激发甲醛溶液样本产生拉曼散射光；步骤404、采样探头采集生成的拉曼散射光，通过光纤传导至光谱仪；
步骤405、光谱仪将采集到的拉曼散射光进行分光处理，并将光信号转化成电信号，再通过后续的A/D转化电路及信号放大电路，生成样本拉曼光谱；步骤406、光谱仪将样本拉曼光谱发送至控制处理器，由控制处理器对拉曼光谱进行预处理和光谱分析，计算得到样本空气中的甲醛浓度。需要说明的是，本实施例中控制处理器通过光谱分析所直接得到的甲醛浓度是甲醛溶液样本的甲醛浓度，最终还需要将甲醛溶液样本的甲醛浓度换算成为样本空气中的甲醛浓度；利用甲醛溶液样本的甲醛浓度可以计算得到甲醛溶液样本中的甲醛含量，在将此甲醛含量与样本空气的量求比值，即可得出样本空气的甲醛浓度。所述甲醛含量、样本空气的量，在物理单位上可以选取质量、常温常压下的体积或者摩尔量；二者的比值也可以是质量比、体积比或摩尔比。本实施例所述方法实质上与图2所示装置实施例相对应。并且本实施例在图3所示方法实施例的基础之上，给出了更加具体的描述和说明，并且增加了一部分优选的技术特征。所以本实施例除了具备图3所示实施例当中的有益效果之外，其进一步获得的有益效果是本实施例中通过细化采样探头的设计，使拉曼散射光强度增大，光谱信噪比提高，从而得到的拉曼光谱质量更高，本实施例中通过输出显示器直观的呈现出检测结果，能够提闻使用者的体验感受。总体来说本实施例中技术方案更加完整，功能更加完善。在图I-图4所示的4个实施例当中，都是利用控制处理器对样本拉曼光谱进行光谱分析，并获得甲醛浓度的数值。本发明中在进行所述光谱分析时需要提前建立校正模型，并将校正模型存储在控制处理器内，然后才可以将待测样本拉曼光谱带入到校正模型当中。所以参照图5所示，本发明特别公开了一种通过拉曼光谱分析计算甲醛浓度的方法，以下为该方法的具体实施例本实施例中，所述方法的主要思路可以解释为先配制多种不同浓度的甲醛溶液作为标准甲醛溶液，标准甲醛溶液的浓度即为已知。根据同一光源激发不同浓度的甲醛溶液，得到的拉曼光谱在特征峰处光强与甲醛浓度成正比的基本原理，先对不同浓度的标准甲醛溶液进行拉曼光谱测量，获得不同浓度下的标准拉曼光谱。这也就可以确定甲醛溶液某些浓度下的光谱特征，再利用这些浓度与对应的光谱特征(峰强度或峰面积)之间的关系建立校正模型。对于未知浓度的甲醛溶液，只需要将其光谱代入校正模型中，即可计算出该甲醛溶液的浓度。本实施例中所述方法包括以下步骤步骤501、对不同已知浓度的标准甲醛溶液进行拉曼光谱测量，得到相应的标准拉曼光谱；步骤502、利用所述不同的标准甲醛的溶液浓度与其对应的标准拉曼光谱特征建立校正模型；步骤503、对利用空气样本制成的甲醛溶液样本进行拉曼光谱测量，得到待测样本拉曼光谱；步骤504、将待测样本拉曼光谱特征代入校正模型，计算出甲醛溶液样本的甲醛浓度。本实施例中，对于建立校正模型的方法做出如下具体的说明对常规的拉曼光谱分析而言，所述的建模过程可以应用常用的化学计量学方法来、实现。所述常规化学计量学方法为本领域内的公知方法，在此不对其原理进行多余的描述。拉曼光谱定量分析方法比较适合于水溶液的定量分析，因为它可以避开水分的影响。传统的拉曼光谱定量分析方法利用拉曼散射峰的位置、峰强或者峰面积结合相关的浓度参数建立校正模型，但比较容易受到测量条件和环境的影响，所以其缺陷是模型的精确度不够理想。如果想要提高精确度，样品池的背景扣除在必不可少的一部分，而去除背景要借助实体装置上的改良，这为装置和仪器的设计提出了非常高的要求。本实施例中又在此基础上引进了独立主成分分析法进行光谱分析和建模。利用独立主成分建模的步骤如下步骤521、将标准拉曼光谱进行去噪处理；本实施例中所述去噪处理采用窗口平滑法进行；步骤522、利用独立主成分分析法对去噪后的标准拉曼光谱进行处理，根据乙醇的特征散射波长信息，去除样品池散射造成的背景，得到甲醛分子散射纯谱信息的权重矩 阵；所述独立主成分分析法是上个世纪90年代提出的一种盲源信号分离的方法，后来在各种特征提取、医学识别等方面取得了很好的应用效果。本实施例将其应用在拉曼光谱的定量分析当中，对该算法本身的并没有实质上的改变。仅对于独立主成分分析法在本发明可达到的效果进行解释，对去噪后的拉曼光谱进行独立主成分分析，通过相应的计算可以得到一个纯谱矩阵和一个与物质浓度相关的权重矩阵，通过甲醛的拉曼散射特征的先验信息，只选取甲醛散射纯谱对应的权重矩阵，这样实际上背景以及噪声带来的种种干扰都会包含在未被选的部分当中，所以最后利用权重矩阵与浓度建立模型可以消除干扰信息的影响。由此可见，该算法应用在本实施例中，可以排除测量环境和测量背景对于测量结果的影响。利用所述独立主成分建模不再需要去除样品池的背景，实现了在不改变仪器和装置的情况下，提高模型的精确度。步骤523、利用所述权重矩阵与其对应的标准甲醛溶液浓度建立校正模型；所述校正模型属于多元线性回归模型；所述建立校正模型可以采用的数学方法主要有多元线性回归方法(MultipleLinear Regression,MLR)、偏最小二乘回归法(Partial Least Square, PLS)或者最小二乘支持向量机回归法(Least Square Support Vector Regression, SVR)。本实施例中米用了偏最小二乘回归法，所述偏最小二乘回归法是化学计量学领域中最常见的建模方法，是本领域技术人员所公知，在此仅给出简单的说明偏最小二乘回归是通过提取潜变量的方式，降维的同时，将潜变量与目标浓度之间拟合出一条直线，使之在坐标系上与已知数据之间的距离的平方和最小。将所述权重矩阵与其对应的标准甲醛溶液浓度通过偏最小二乘回归的方式建模，得出的校正模型属于多元线性回归模型。该校正模型排除了背景因素的影响和干扰，其精确度相对于传统的利用拉曼定量分析法建立的数学模型精确度有明显的提闻。以下实施例中，完整的给出了以上光谱分析过程，参照图6所示步骤601、对不同已知浓度的标准甲醛溶液进行拉曼光谱测量，得到相应的标准拉曼光谱；步骤602、将标准拉曼光谱进行去噪处理；
步骤603、利用独立主成分分析法对去噪后的标准拉曼光谱进行分析，得到待测样本甲醛的散射纯谱信息的权重矩阵；步骤604、将所述权重矩阵与其对应的标准甲醛溶液浓度通过偏最小二乘回归方法建立校正模型；步骤605、对利用空气样本制成的甲醛溶液样本进行拉曼光谱测量，得到样本拉曼光谱；步骤606、对应标准拉曼光谱的去噪方法，选定 相同的去噪参数，对样本拉曼光谱进行去噪处理；本实施例中，样本拉曼光谱与标准拉曼光谱的去噪过程需要在效果上保持一致，所以去噪过程中涉及到的方法和参数二者必须相同。步骤607、对应标准拉曼光谱的独立主成分分析方法得到相关参数，采用相同的参数对去噪后的样本拉曼光谱进行独立主成分分析，得到待测样本对应的权重矩阵；同上,本实施例中样本拉曼光谱的独立主成分分析也需要与标准拉曼光谱保持一致性，所以该过程中涉及的参数二者同样需要选取相同的值。步骤608、将待测样本的权重矩阵代入步骤604中建立的校正模型，得出甲醛溶液样本的浓度；所述校正模型即反映了权重矩阵与浓度之间的关系，所以将未知样本对应的权重矩阵代入该模型，得出的结果即反映了其浓度。步骤609、将甲醛溶液样本的浓度换算成空气样本中的甲醛浓度。利用甲醛溶液样本的甲醛浓度可以计算得到甲醛溶液样本中的甲醛含量，然后将甲醛含量与样本空气的量求比值，即可得出样本空气的甲醛浓度，该计算过程属于常规数学算法。所述甲醛含量、样本空气的量，在物理单位上可以选取质量、常温常压下的体积或者摩尔量；二者的比值也可以是质量比、体积比或摩尔比。图5与图6所示的两个实施例，详细的公开了对样本空气拉曼光谱进行分析并检测得到甲醛浓度的方法。上述两个实施例存在的有益效果是，具体的实现了对于甲醛浓度的检测。而在光谱分析的建模过程中，可以采用常规拉曼定量分析法或独立主成分分析法。图6所示实施例中采用了独立主成分分析法，其有益效果是排除了背景对于校正模型的干扰，提高了校正模型的精确度。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种甲醛检测装置，其特征在于，所述装置包括 采样系统，用于采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本，并使甲醛溶液样本在激发光源的激发下，产生拉曼散射光； 光源，用于为甲醛溶液样本的拉曼光谱测量提供光照，激发其发生拉曼散射； 光谱仪，用于采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱，并将其光信号转化成电信号； 控制处理器，用于对所述装置的其他部分发出指令，控制整个装置的工作流程，并接收样本拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。
2.根据权利要求I所述装置，其特征在于，所述采样系统具体包括 气泵，用于抽取待测空气样本； 样品池，用于承装去离子水，并使空气样本中的甲醛溶解于去离子水中，制成甲醛溶液样本； 采样探头，用于传导光源产生的光线，使光线落在甲醛溶液样本表面产生拉曼散射光；并将拉曼散射光收集后传导至光谱仪。
3.根据权利要求I或2所述装置，其特征在于，所述装置还包括 输出显示器，用于从控制处理器获取甲醛浓度的测量结果并显示。
4.根据权利要求I或2所述装置，其特征在于，所述装置还包括 电源装置，用于为所述装置其他部分提供电能。
5.一种甲醛浓度检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本； 利用光源对甲醛溶液样本进行激发，产生拉曼散射光； 采集拉曼散射光，利用所述拉曼散射光生成样本拉曼光谱； 对拉曼光谱进行分析，测得空气样本中的甲醛浓度。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述将空气样本制成甲醛水溶液具体为 气泵抽取一定量的空气样本，通过相应的导管将空气样本与去离子水接触，使空气样本中的甲醛完全溶解于去离子水中，得到甲醛溶液样本。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述利用采样系统获得甲醛水溶液拉曼散射光具体为 所述连续激光器发出的光照经聚焦透镜汇聚到甲醛溶液样本的表面，使甲醛溶液样本受激产生的拉曼散射光强最大。从而提高拉曼光谱的信噪比。
8.根据权利要求5-7任意一项所述方法，其特征在于，所述方法还包括 利用输出显示器显示出测得的甲醛浓度。
9.一种通过拉曼光谱定量分析计算甲醛浓度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 对不同已知浓度的标准甲醛溶液进行拉曼光谱采集，得到相应的拉曼光谱； 利用所述不同的标准甲醛溶液的浓度与其对应的拉曼光谱建立校正模型； 对利用空气样本制成的甲醛溶液样本采用与标准甲醛溶液相同的方法、仪器和参数设置进行拉曼光谱采集，得到待测样本拉曼光谱； 将待测样本拉曼光谱代入校正模型，计算出甲醛溶液样本的甲醛浓度。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述利用所述不同已知的甲醛溶液浓度与其对应的标准拉曼光谱建立校正模型具体为 将各标准样本的拉曼光谱进行降噪处理，并利用独立主成分分析方法计算出降噪后的标准样本的不携带背景和其他干扰的纯拉曼光谱信号的权重矩阵； 利用已知的甲醛溶液浓度与所述权重矩阵建立校正模型。
全文摘要
本发明实施例提供一种甲醛检测的装置与方法，所述装置包括采样系统，用于采集待检测的空气样本，将空气样本制成甲醛溶液样本，并使甲醛溶液样本接受光源激发，产生拉曼散射光；光源，用于为甲醛溶液样本的拉曼光谱测量提供光照；光谱仪，用于对拉曼散射混合光进行分光，生成样本拉曼光谱，并将光信号转化成可计算的电信号；控制处理器，用于对所述装置的其他部分发出指令，控制装置其他部分的工作，并对获得的样本拉曼光谱进行处理，测得空气样本中的甲醛浓度。
文档编号G01N1/28GK102749318SQ20121025149
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者关旭春, 崔厚欣, 张倩暄 申请人:北京雪迪龙科技股份有限公司