一种用于界面水的检测装置及检测方法

本发明涉及界面水检测，尤其是涉及一种用于界面水的检测装置及检测方法。

背景技术：

1、由于水-固体界面是很多物理和化学过程发生的重要场所，如溶解、润滑、腐蚀、电化学和异质催化等，因此界面水体系是研究水科学领域的重要研究方向之一。水-固界面相互作用决定了水-固界面很多的独特性质，想要解析这些性质又往往需要深入到水分子甚至原子层级获得其结构信息，红外光谱对水和其他极性分子及其敏感，故此红外光谱技术作为重要的研究手段被广泛应用于界面水体系。

2、然而，常规的实验方法直接将界面水暴露在空气环境中，很难避免环境条件下的湿度和温度的波动对界面水的厚度的影响，即保持一个较薄的界面水分子层，此外，由于温度对空气及水结构有一定影响，实验过程中也需要保证样品腔内温度的稳定性。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种用于界面水的检测装置，以解决现有技术中由于检测时将界面水暴露在空气环境中，导致环境条件下的湿度和温度的波动影响界面水的厚度，使检测结果准确性低的技术问题。

2、本发明的目的之二在于提供一种应用上述用于界面水的检测装置的检测方法。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种用于界面水的检测装置，包括样品腔、与样品腔连接的湿度加载装置、与样品腔连接的温度控制装置、数据采集系统和红外光谱系统；

5、所述样品腔内设有外腔和内腔，所述外腔设置在内腔的四周；

6、所述湿度加载装置与内腔连通，用于调节内腔的湿度并在基底材料表面形成界面水；

7、所述温度控制装置与外腔连通，用于调节内腔的温度；

8、所述内腔用于为界面水提供检测空间，所述内腔、数据采集系统和红外光谱系统相互配合用于界面水检测。

9、进一步的，所述样品腔还包括外壳和设置在外壳内部的内壳，所述外腔设置在内壳与外壳的侧壁之间，所述内腔设置在内壳与外壳的顶部和底部形成的空间内。

10、进一步的，所述内腔内部设有若干个基材固定架，若干个所述基材固定架同轴心设置。

11、进一步的，所述外壳的顶部设有上检测孔，外壳的底部设有下检测孔，所述上检测孔上设有上透光镜片，所述下检测孔上设有下透光镜片，所述上透光镜片、下透光镜片与基材固定架同轴心设置。

12、进一步的，所述样品腔还包括设置外壳上的上盖，所述上盖位于上检测孔处，所述上透光镜片设置在上盖上。

13、进一步的，所述外壳上设有进水管和出水管，所述进水管和出水管的一端分别与外腔连通，另一端分别与温度控制装置连通。

14、进一步的，所述内壳上设有进气管、出气管和传感器连接管，所述进气管、出气管和传感器连接管的一端分别与内腔连通，进气管的另一端贯穿外壳与湿度加载装置连通，出气管的另一端贯穿外壳与外部连通，所述传感器连接管的另一端贯穿外壳与温湿度传感器连通。

15、进一步的，所述湿度加载装置包括蒸汽发生器、分别与蒸汽发生器连接的储气装置和高精度注射泵，所述蒸汽发生器与进气管连通。

16、进一步的，所述数据采集系统包括温湿度传感器和红外光谱数据处理系统，所述温湿度传感器与传感器连接管连通，所述红外光谱数据处理系统与红外光谱系统连接；

17、优选地，所述红外光谱系统包括红外激光发生器、光路系统、红外探测器和信号处理系统。

18、第二方面，本发明提供了如上述的检测装置用于界面水的检测方法，包括以下步骤：

19、a、将基底材料放置在样品腔内部的基材固定架上；

20、b、调节温度控制装置和湿度加载装置，使内腔的温度和湿度达到实验所需的温度和湿度，使水分子在基底表面沉积形成界面水；

21、c、开启红外光谱系统，对基底材料上的界面水进行红外光谱检测，获得界面水红外光谱图；

22、d、通过红外光谱数据处理系统处理界面水红外光谱图，获得界面水检测数据；

23、优选地，所述步骤c还包括若需要改变界面水检测环境湿度和温度，则返回步骤b；

24、优选地，所述调节湿度加载装置包括打开蒸汽发生器开关使蒸汽发生器升温，然后打开气瓶同时调节气体流量，再打开高精度注射泵同时控制液体流量；

25、优选地，所述温度控制装置包括恒温水浴装置。

26、本发明提供的一种用于界面水的检测装置，通过引入湿度加载装置和温度控制装置，以保证实验过程中样品腔内环境湿度和温度的稳定性。同时，采用数据采集系统和红外光谱系统，可以实现在一定时间内的自动测试以实现界面水冻结过程的动态检测。解决现有技术中由于检测时将界面水暴露在空气环境中，导致环境条件下的湿度和温度的波动影响界面水的厚度，使检测结果准确性低的技术问题。

27、本发明另一方面还提供了一种用于界面水的检测方法，能够测量在不同温度和/或湿度条件下，不同类型基底材料的界面水随温度和/或湿度变化的红外光谱图，为研究水-固界面相互作用机制提供了重要的微观测试分析方法。

技术特征：

1.一种用于界面水的检测装置，其特征在于，包括样品腔(1)、与样品腔(1)连接的湿度加载装置(2)、与样品腔(1)连接的温度控制装置(3)、数据采集系统和红外光谱系统(6)；

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述样品腔(1)还包括外壳(11)和设置在外壳(11)内部的内壳(12)，所述外腔(13)设置在内壳(12)与外壳(11)的侧壁之间，所述内腔(14)设置在内壳(12)与外壳(11)的顶部和底部形成的空间内。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述内腔(14)内部设有若干个基材固定架(15)，若干个所述基材固定架(15)同轴心设置。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述外壳(11)的顶部设有上检测孔(113)，外壳(11)的底部设有下检测孔(114)，所述上检测孔(113)上设有上透光镜片(17)，所述下检测孔(114)上设有下透光镜片(18)，所述上透光镜片(17)、下透光镜片(18)与基材固定架(15)同轴心设置。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述样品腔(1)还包括设置外壳(11)上的上盖(16)，所述上盖(16)位于上检测孔(113)处，所述上透光镜片(17)设置在上盖(16)上。

6.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述外壳(11)上设有进水管(111)和出水管(112)，所述进水管(111)和出水管(112)的一端分别与外腔(13)连通，另一端分别与温度控制装置(3)连通。

7.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述内壳(12)上设有进气管(121)、出气管(122)和传感器连接管(123)，所述进气管(121)、出气管(122)和传感器连接管(123)的一端分别与内腔(14)连通，进气管(121)的另一端贯穿外壳(11)与湿度加载装置(2)连通，出气管(122)的另一端贯穿外壳(11)与外部连通，所述传感器连接管(123)的另一端贯穿外壳(11)与温湿度传感器(4)连通。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述湿度加载装置(2)包括蒸汽发生器(23)、分别与蒸汽发生器(23)连接的储气装置(21)和高精度注射泵(22)，所述蒸汽发生器(23)与进气管(121)连通。

9.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述数据采集系统包括温湿度传感器(4)和红外光谱数据处理系统(5)，所述温湿度传感器(4)与传感器连接管(123)连通，所述红外光谱数据处理系统(5)与红外光谱系统(6)连接；

10.如权利要求1-9任一项所述的检测装置用于界面水的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种用于界面水的检测装置及检测方法，涉及界面水检测技术领域，包括样品腔、与样品腔连接的湿度加载装置、与样品腔连接的温度控制装置、数据采集系统和红外光谱系统；所述样品腔内设有外腔和内腔，所述外腔设置在内腔的四周。通过引入湿度加载装置和温度控制装置，以保证实验过程中样品腔内环境湿度和温度的稳定性，实现了测量界面水在不同温度下随湿度变化的红外光谱图的目的。同时，采用数据采集系统和红外光谱系统，可以实现在一定时间内的自动测试以实现界面水冻结过程的动态检测。解决现有技术中由于检测时将界面水暴露在空气环境中，导致环境条件下的湿度和温度的波动影响界面水的厚度，使检测结果准确性低的技术问题。

技术研发人员：朱金龙,陈临鹏,李赟,史瑞昕,韩松柏,王朋飞,王筱萌
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22