具有改善灵敏度的光学检测装置和方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种光学检测装置和方法，尤其涉及具有改善灵敏度的原子吸收光谱 仪及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 光学检测是一种重要的检测手段。光学检测装置和方法广泛应用于科研、生产、生 活的各个领域，包括环境监测、成分测定、工业生产等等。
[0003] 原子吸收光谱仪（AAS)是一种重要的光学检测装置，利用元素的特征谱线来进行 元素测定。测定结果的准确性依赖于原子吸收光谱仪的灵敏度。在微量测定的情况下，尤 其如此。但是，现有的原子吸收光谱仪的检测灵敏度偏低，通常只能测量浓度较高的样品， 而对于低浓度样品的检测通常精度不高，导致测得的结果不可靠。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中的以上问题，本申请提供一种光学检测装置，包括：光源，用 于发射检测光束；多个样品池，排列在检测光束的光路上；检测器，用于接收并检测透射通 过多个样品池的检测光束。
[0005] 在这种光学检测装置中，多个样品池可以采用各种方式排列在检测光路上。例如， 多个样品池可以直线、串联排列在检测光束的直线光路上或折叠光路的直线分段上。再例 如，多个样品池可以分布在检测光束的折叠光路上，其中在折叠光路的至少两个分段中各 自分布有至少一个样品池。在采用折叠光路的情况下，光学检测装置还可以包括至少一个 反射器，用于反射检测光束以形成具有多个分段的折叠光路。反射器可以包括反射镜、棱镜 或任何其它反射器件。
[0006] 在一些实施例中，多个样品池中的一个或多个能够打开和/或关闭，并且/或者能 够被配置成在检测过程中不添加样品。这些样品池可以具有沿检测光路的相同有效长度， 或者具有不同的有效长度。在一些实施例中，该光学检测装置还可以包括控制器，用于控制 多个样品池中的一个或多个的打开/关闭以及/或者是否向多个样品池中的一个或多个添 加样品。
[0007] 在一些实施例中，该光学检测装置还可以包括光束选择器，用于将光源发射的光 分成参考光束和检测光束，其中参考光束被引导到检测器，检测器接收并检测参考光束以 生成参考信号。
[0008] 在一些实施例中，光源可以包括空心阴极灯、激光二极管、氘灯、超高压汞灯或者 它们的组合中的一个，样品池可以包括火焰原子化器、石墨炉原子化器或钨丝化原子化器 中的至少一个，并且检测器可以包括单色仪或光谱仪。
[0009] 在一些实施例中，该光学检测装置可以是原子吸收光谱仪。
[0010] 另一方面，本申请还提供一种光学检测方法，包括：从光源发射检测光束；引导检 测光束通过多个样品池；由检测器接收并检测透射通过多个样品池的检测光束。
[0011]在这种光学检测方法中,可以采用各种方式引导检测光束通过多个样品池。例如， 可以引导检测光束直线通过串联排列的多个样品池，其中多个样品池可以直线、串联排列 在检测光束的直线光路上或折叠光路的直线分段上。再例如，引导检测光束可以包括：至少 一次反射检测光束以形成折叠光路，以及在折叠光路的至少两个分段中引导检测光束分别 通过多个样品池中的至少一个。
[0012] 在一些实施例中，该光学检测方法还可以包括打开和/或关闭多个样品池中的一 个或多个，和/或不向多个样品池中的一个或多个添加样品。
[0013] 在一些实施例中，该光学检测方法还可以包括将光源发射的光分成参考光束和检 测光束；引导参考光束到达检测器；由检测器接收并检测参考光束以生成参考信号。
[0014] 在一些实施例中，光源可以包括空心阴极灯、激光二极管、氘灯、超高压汞灯或者 它们的组合中的一个，样品池可以包括火焰原子化器、石墨炉原子化器或钨丝化原子化器 中的至少一个，并且检测器可以包括单色仪或光谱仪。
[0015] 在一些实施例中，该光学检测方法可以用于原子吸收光谱检测。
[0016]
【发明内容】
部分仅仅提供对本申请内容的概述，下文中参照附图对具体实施例进行 详细描述。
【附图说明】
[0017] 附图以示意性的方式示出了本申请的示例性实施例。通过参照附图，可以获得对 本申请的具体实施例的透彻理解。在附图中，
[0018] 图1示出现有技术中的原子吸收光谱仪的示意图；
[0019] 图2示出根据本申请实施例的折叠型光学检测装置的示意图；
[0020] 图3示出根据本申请实施例的直线型光学检测装置的示意图；
[0021] 图4示出根据本申请实施例的另一折叠型光学检测装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022] 在下文中，参照附图，对本申请的具体实施例进行详细描述。
[0023] 图1示出现有技术中的原子吸收光谱仪100的示意图。如图所示，原子吸收光谱仪 100包括光源101、火焰样品池102以及单色仪106。来自光源的检测光束透射通过火焰样 品池102,引起样品池102中样品的吸收。透射光束经由反射镜的反射而到达单色仪106。 单色仪106对检测光束进行分光和检测，以确定吸收光谱。通过对吸收光谱的分析，可以对 样品进行测定。
[0024] 除了样品通道110之外，原子吸收光谱仪100还可以包括参考通道120。来自光源 的光束通过前光束选择器104分为两路，即检测光束和参考光束。参考光束经由反射镜的 反射，绕过火焰样品池102,到达后光束选择器105,并由后光束选择器引导到单色仪106。 光束选择器可以包括半透半反镜、分束器、或机械斩波器。单色仪接收并检测参考光束，为 检测提供参考信号。可以对检测光束和参考光束进行同步测量，其测量时间差取决于电信 号的"采样"频率。
[0025] 在一些实施例中，参考通道120中可以设置有熔炉103。在这种情况下，火焰样品 池102和熔炉103可以提供两种可选择的样品制备方式，而且样品通道110与参考通道120 之间可以互换，即在采用火焰样品池102制备样品时，参考通道120用于传输参考光束并提 供参考信号，在采用熔炉103制备样品时，参考通道120用于传输检测光束并提供样品信 号，而样品通道110用于传输参考光束并提供参考信号。
[0026] 此外，原子吸收光谱仪100还可以包括氘（D2)源，用于原子吸收消除背景。
[0027] -般而言，基于吸收的光学检测遵循Lambert-Beer定律，即吸收强度与组分浓度 成正比，数学上可以表示如下：
[0028]
[0029] 其中A被称为吸光度，I。和I分别表不入射光强和透射光强，1表不光在材料中传 播的距离（即，路程长度），ε表示吸光系数，c表示材料中吸光物质的浓度。
[0030] 从以上表达式可以发现，吸光度Α与吸光物质的浓度c以及路径长度1成正比。但 是，通常受到仪器尺寸以及制造工艺、成本的限制，单个样品池的有效长度（对应于路径长 度1)，例如火焰样品池102的有效长度，很难大幅度增加。因此，对于浓度较低（有些情况 下，接近于零）的待测样品，由于吸收很小，透射光强I几乎等于入射光强Ic，导致很难检测 到样品的吸收。这也造成现有原子吸收光谱仪的灵敏度很低。
[0031] 为了改进基于吸收的光学检测技术的灵敏度，需要增加透射光强与入射光强之差 (Ic-I)，即增加样品对光的吸收，在数学上可以表示如下：
[0032]
[0033] 由于单个样品池的尺寸受到限制，本申请采用多个样品池的设计，通过增加总的 有效长度1来提高光学检测的灵敏度。
[0034] 图2示出根据本发明实施例的折叠型光学检测装置200的示意图，其中光学检测 装置200采用折叠型的样品通道210。
[0035] 如图所示，光学检测装置20