一种基于光学积分球的光谱测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光学积分球的光谱测量装置，特别适用于对“灵敏度”和“检出限”要求非常苛刻的光谱测试技术领域。
【背景技术】
[0002]传统光谱分析仪器的样品室大都采用“方形”或“圆柱形”的构造，缺陷是:①结构设计上的限制，致使样品室内只有通光部分的试样与入射光发生了作用，特征光谱产生效率不高；②受探测器接收角度的限制，所产生的全部特征光谱中只有极少部分能被探测器接收，最终导致检出限和灵敏度受限。
[0003]为了提高灵敏度，常规的做法是通过“增加样品室线径”或“设置多次反射”以增加入射光的行进光程，从而达到扩大光作用范围、提高灵敏度、降低检出限的目的。虽然这些做法可以增加入射光的行进光程，但是由于“光入射端”至“光接收端”之间的距离也被延长了，致使“光入射端”或“光接收端”中任意一端位置的微小变化、光线形状和发散角度的微小变化、行进光程的微小变化都会引起较大的测量误差，从而影响测量的稳定性(或重复性)，导致其灵敏度和检出限的改善程度有限。
[0004]此外，由于上述方式无法让所有的试样都参与反应，且产生的全部特征光谱中只有极少部分能被探测器有效的探测，因此其对灵敏度和检出限的改善程度非常有限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为基于光谱分析的测量仪器提供一种创新性的技术思路与方案，即将传统光谱分析仪器的“方形”或“圆柱形”样品室改造成一个“积分球”样品室:
[0006]①漫反射层涂敷在积分球的外部，积分球的内部采用石英玻璃或是化学性质极不活泼的其他透光材料，积分球腔室内的光传播介质为待测试样。(有别于传统积分球的构成，漫反射层涂敷在积分球的内表面，积分球腔室内的光传播介质为空气或真空。)
[0007]②待测试样在积分球内充满整个积分球腔室，待观测的特征光谱在积分球内部产生。(有别于传统积分球的使用方法，其待观测的特征光谱在积分球外部产生，外部产生的特征光谱被导入到积分球内进行测量。)
[0008]本发明的技术方案:
[0009]一种基于光学积分球的光谱测量装置，主要由光源1、积分球样品室2及光电传感模块3构成:
[0010]其中，积分球样品室2由透光基底21、漫反射层22、入射光阑23、出射光阑24及进样口 25构成；透光基底21构成积分球样品室2的球状腔室，位于积分球样品室2的内侧；漫反射层22涂敷在透光基底21的外部，位于积分球样品室2的外侧；光源I和入射光阑23构成入射光路，出射光阑24和光电传感模块3构成出射光路，所述入射光路和所述出射光路共面相交；
[0011]光源I发射的光经入射光阑23入射至积分球样品室2内；
[0012]入射至积分球样品室2内的光被漫反射层22多次反射并与试样发生作用，在积分球样品室2内产生特征光谱；所产生的特征光谱经过漫反射层22的多次反射后，在出射光阑24处叠加；
[0013]叠加后的特征光谱经出射光阑24入射至光电传感模块3 ;系统依据光电传感模块3测量得到的特征光谱对试样进行分析。
[0014]进一步，上述积分球样品室2能够测量的特征光谱包括吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱、激光诱导击穿光谱、化学发光、生物荧光:
[0015]当光源I与入射光阑23之间、或出射光阑24与光电传感模块3之间增设一单色器，可测量吸收光谱；
[0016]当光源I与入射光阑23之间、出射光阑24与光电传感模块3之间分别增设一单色器，可测量荧光光谱；
[0017]当光源I设定为激光，出射光阑24与光电传感模块3之间增设一单色器，可测量拉曼光谱或激光诱导击穿光谱；
[0018]当发光行为是由试样的化学反应或生物自身行为引发时，去除光源I和入射光阑23，可测量化学发光或生物荧光。
[0019]进一步，上述积分球样品室2能够测量的试样形态包括液相、气相和固相。
[0020]进一步，上述光源I的工作波长包括紫外、可见光和红外。
[0021]进一步，上述积分球样品室2的构成包括以下方式:
[0022]透光基底21采用玻璃(包括石英玻璃)、或化学性质极不活泼的其他透光材料，漫反射层22涂敷在透光基底21构成的球状腔体外部；或透光基底21和漫反射层22合二为一，材料采用聚四氟乙烯、或不锈钢；或在积分球样品室2的腔室内壁镀金构成反射层。其中，透光基底21和漫反射层22合二为一，即理解为积分球样品室2仅设置一层具有漫反射功能的结构层(漫反射层22)构成其球状腔体。
[0023]进一步，上述入射光路与出射光路之间共面相交形成的角度为直角、或锐角、或钝角。
[0024]进一步，上述积分球样品室2上能够布置多个入射光阑23或出射光阑24，且保证任意两个光阑对应的光路不在一条直线上。
[0025]进一步，上述构造基础之上，能够增设采样、预处理、自动进样与计量、自动清洗及自动控制，以构成自动测量装置。
[0026]本发明的效果:
[0027]I)入射到积分球样品室内的光被漫反射层多次反射并和试样发生作用，提高了特征光谱的产生效率。
[0028]2)所产生的特征光谱经过漫反射层的多次反射后在出射光阑处叠加并被探测器有效的接收，提高了特征光谱的探测效率。
[0029]3)利用积分球的特点还能有效的抑制由于光线形状、发散角度及探测器上不同位置的响应差异造成的测量误差。
[0030]在同等线径条件下，本发明能将传统基于“方形”或“圆柱形”样品室的检测灵敏度和测量稳定性提高3 — 10倍。
【附图说明】
[0031]图1为本发明第一种较佳实施例中基于光学积分球的光谱测量装置的基本构成框图；
[0032]图2为本发明第一种较佳实施例中积分球样品室的基本构成示意图；
[0033]图3为增设一通气端口的积分球样品室基本构造示意图；
[0034]图4为增设了多个出射光阑的积分球样品室基本构造示意图；
[0035]图5为基于光学积分球的水质在线监测装置的基本构成示意图。
[0036]附图标号说明:
[0037]I一光源；2—积分球样品室；21—透光基底；22—漫反射层；23—入射光阑；24—出射光阑；25—进样口 ； 3—光电传感模块。
【具体实施方式】
[0038]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0039]实施例一
[0040]如图1、图2所示，一种基于光学积分球的光谱测量装置，主要由光源1、积分球样品室2及光电传感模块3构成:
[0041]其中，积分球样品室2由透光基底21、漫反射层22、入射光阑23、出射光阑24及进样口 25构成；透光基底21构成积分球样品室2的球状腔室，位于积分球样品室2的内侧，材料采用石英玻璃；漫反射层22涂敷在球状透光基底21的外部，位于积分球样品室2的外侧；透光基底21