一种竖直向上的开放式吸收光谱采集装置及其采集方法与流程

本技术涉及吸收光谱的采集，尤其是涉及一种竖直向上的开放式吸收光谱采集装置及其采集方法。

背景技术：

1、吸收光谱又名吸收曲线，是指物质吸收光子，从低能级跃迁到高能级而产生的光谱，不同波长光对样品作用不同，吸收强度也不同，所以每种物质都有其特征性的吸收光谱，据此可对物质进行定量和定性分析。吸收光谱测量技术具有灵敏度高，抗干扰能力强，操作简单、便捷，工作效率高等特点，在环境水样、食品等分析中有着重要的地位，在无机离子、金属离子、化学需氧量等检测中已得到广泛的应用。

2、根据比尔-朗伯特定律，一束单色光照射一吸收介质表面，通过一定厚度介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱，吸收介质的浓度越大，厚度越厚，光强度减弱越显著。因此，根据吸收介质的吸收系数，设计理想的吸收光程对定量检测具有重要意义。当前吸收光谱技术常见的光路设计方式是基于流通池和比色皿的检测光路结构，相应的技术可参考公开号为cn109307666a、名称为“一种便携式荧光光谱检测系统及利用该系统判别再生水与饮用水的方法”的中国发明专利申请，以及公开号为cn107144560a、名称为“在线化学分析仪”的中国发明专利申请。

3、基于流通池和比色皿的光路设计为半封闭检测光路结构，能够满足吸收光谱采集要求，但是也存在着一些问题：1、存在难以清洗的问题，为了保证光源和光采集区在光程首尾两端的进出光面积，流通池和比色皿需要具有一定的厚度，流通池和比色皿内部的流道和容腔会造成较大的清洗死角，反复使用可能造成待测液体受污染，影响检测结果；2、手工操作问题，在使用过程，进样、出样和清洗均需要一定的手工操作，手工操作限制了吸收光谱法在自动检测领域的应用；3、光程受到限制，无论是流通池还是比色皿，由于其结构特点均决定了其在进行较长光路采集时，可能放大上述两项缺点，且显著提高结构成本。

技术实现思路

1、为了解决现有吸收光谱法的光路设计采用半封闭检测光路结构，存在难以清洗，手工操作困难，以及导致光程受到限制的技术问题，本发明提供了一种竖直向上的开放式吸收光谱采集装置及其采集方法。

2、一方面，本技术提供的一种竖直向上的开放式吸收光谱采集装置采用如下的技术方案：一种竖直向上的开放式吸收光谱采集装置，包括透明体、光源和光谱采集光传感器，所述透明体的顶面设有开放式的样品池，所述透明体的侧面设有入光面和出光面，所述光源设置在入光面处，用于将测试光射向样品池内的待测液体，所述光谱采集光传感器设置在出光面处，用于采集待测液体的吸收光谱。

3、通过采用上述技术方案，本技术吸收光谱采集装置的工作原理是把待测液体倒入顶置的开放式样品池中，光源发出的测试光从透明体的入光面进入透明体，一部分光线可能会在待测液体的底面被反射，有一部分光线可能在待测液体的顶面被反射，无论是在哪个面被反射，反射回来的吸收光谱都会反映待测液体的信息，然后利用光谱采集光传感器在透明体的出光面采集反射回来的光线，实现吸收光谱的采集。

4、本技术的透明体具有独特的结构，采用顶置的开放式的样品池，倒入和取出液体非常方便，清洗也非常方便，甚至可以实现自动化操作，扩展吸收光谱在自动检测领域的应用，而且不存在不易接触的清洗死角，每次清洗都能清洗干净，可以通过使用前清洗的方式，避免死角残留的潜在影响，所以反复使用不会造成待测样品受污染，较好地解决了现有技术中不易清洗的技术问题。

5、本技术通过选择合适的样品池深度来限定待测液体的厚度，待测液体的厚度不同导致测试光在液体中的光程不同，以满足测试对光程的要求，即使待测液体的厚度较大，也不会影响液体的取放操作，以及清洗操作，成本也不会显著提升，很好地解决了现有吸收光谱采集装置对光程的限制。

6、优选地，所述出光面和入光面均为与水平面相倾斜的平面。

7、通过采用上述技术方案，采用平面的出光面和入光面，可以更好地控制入光和出光的效率，光路的路径确定度高，光源和光谱采集光传感器的位置布置更容易。

8、优选地，所述光源发射的测试光与入光面垂直，所述入光面的倾斜角度使测试光在待测液体上表面的入射角大于全反射临界角，所述透明体的内部还设有挡光板，用于遮挡从待测液体下表面反射向光谱采集光传感器的测试光。

9、通过采用上述技术方案，当测试光与入光面垂直时，入光效率最高。本技术利用在待测液体的上表面处产生全反射，测试光进入待测液体，经过一定的光程后，能在上表面高效地被反射回来，顺利地返回到透明体内，再穿出透明体，进入光谱采集光传感器，实现吸收光谱的采集。由于在待测液体的下表面不可避免地会反射一部分测试光，这部分光强有可能进入光谱采集光传感器，这样光强就会有二个来源，导致来源复杂，所占比例也不易确定，使得定量计算变得复杂。在产品设计时，希望进入光谱采集光传感器只有唯一的光强来源，这样使后面的光强计算更简单，测试结果也会更准确，本技术设置的挡光板正好只遮挡从待测液体下表面反射向光谱采集光传感器的测试光，不遮挡从待测液体上表面反射向光谱采集光传感器的测试光，保证进入光谱采集光传感器的光强只有唯一来源。

10、优选地，所述光源发射的测试光与入光面垂直，所述入光面的倾斜角度使测试光在待测液体下表面的入射角大于全反射临界角。

11、通过采用上述技术方案，即使测试光未进入到待测液体内部，吸收强度也会受到待测液体的影响，根据吸收强度反映待测液体的信息。

12、优选地，所述透明体为锥台，所述出光面和入光面均为弧面。

13、通过采用上述技术方案，弧形面类似凸透镜，具有一定的聚光作用，入光和出光的效率都会有所提升。

14、优选地，所述样品池的侧壁还设有溢流槽，所述溢流槽处设置有软胶塞头。

15、通过采用上述技术方案，把软胶塞头拔出来，待测液体会从溢流槽溢出，从而保证待测液体具有特定的厚度。同一个透明体能变换出不同深度的样品池。

16、优选地，所述样品池侧壁的溢流槽数量为多个，且各个溢流槽的高度不同。

17、通过采用上述技术方案，在样品池的侧壁设置高度不同的溢流槽，需要什么样的深度，就把相应的位置的软胶塞头拔出来，同一个透明体能变换出多种不同深度的样品池，配件数量大减，而且不需要更换透明体，拔除相应的软胶塞头即可，省时省力。

18、优选地，所述装置还包括外壳，所述光源和光谱采集光传感器均位于外壳内，所述光源通过第一位置调整组件设置在外壳上，所述光谱采集光传感器通过第二位置调整组件设置在外壳上。

19、通过采用上述技术方案，为了达到较好的入光和出光效果，光源和光谱采集光传感器应能方便地进行位置调整。

20、优选地，所述第一位置调整组件和第二位置调整组件至少包括x向位置调整组件和z向位置调整组件。

21、通过采用上述技术方案，在x向和z向上的位置调整能直接改变测试光的入射角度和出光角度，对测试结果具有直接的影响。

22、另一方面，本技术还提供了另外一种技术方案：一种上面所述竖直向上的开放式吸收光谱采集装置的采集方法，包括步骤：

23、利用光源向透明体的入光面发射测试光，测试光进入透明体内，并在待测液体的上表面或下表面处产生全反射；

24、利用光谱采集光传感器在透明体的出光面采集待测液体的吸收光谱。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、1.本技术的透明体具有独特的结构，采用顶置的开放式的样品池，倒入和取出液体非常方便，清洗也非常方便，甚至可以实现自动化操作，扩展吸收光谱在自动检测领域的应用，而且不存在不易接触的清洗死角，避免死角残留的潜在影响，较好地解决了现有技术中不易清洗的技术问题。

27、2.通过选择合适的样品池深度来限定待测液体的厚度，以满足测试对光程的要求，即使待测液体的厚度较大，也不会影响液体的取放操作，以及清洗操作，成本也不会显著提升，很好地解决了现有吸收光谱采集装置对光程的限制。