CN203490167U - 一种用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池 - Google Patents
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Abstract
一种用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，样品气体吸收池中设置光学调整镜片，所述光学调整镜片包括设置在样品气体吸收池第二侧面的主反射镜和设置在与主反射镜相对的第一侧面的次反射镜，所述光学调整镜片还包括设置在与主反射镜相对的第一侧面的微动调整镜，位于次反射镜的下方。本实用新型通过在样品气体吸收池内增加光学调整镜片，改变光束传播路径，增加光程长度，进而提高信号浓度的检测下限。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外光谱学技术，尤其涉及用于傅立叶红外光谱仪以及用于傅立叶红外光谱仪的样品气体吸收池。
背景技术
红外光谱属于分子振动光谱，通过对分子振动的光谱进行谱图解析，可以获得分子结构的信息。与其它分析仪器相比较，红外光谱可以对任何气态、液态和固态样品进行检测，而其它分析仪器在这一点上有所限制。特别对于有机化合物，由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因而特别对于有机化合物，红外光谱仪器是一种相当重要的结构检测解析设备。红外光谱法作为检测分析物质结构的有用手段，主要用于各种物质的定性鉴定和定量分析，并能分析分子间和分子内部的相互作用,因而在化学分析领域得到了广泛的应用。红外光谱仪器也得到了有力的发展。从最早的棱镜式色散型红外光谱仪，到光栅型色散式红外光谱仪，再到干涉型红外光谱仪，随着计算机技术的快速发展，出现了傅立叶红外光谱仪。傅立叶红外光谱仪可以作为干涉型红外光谱仪器的一个代表，信噪比较高，分辨率也较高。傅立叶红外光谱仪通常还具备计算机处理功能，可以应用于各种不同样品的，能够方便有效地用于样品的质量监控。
傅立叶红外光谱仪主要基于傅里叶变换红外光谱学基本原理，利用红外辐射进入干涉仪，经干涉仪调制分光后产生干涉图，然后对测量到的干涉图进行傅里叶变换得到红外辐射光谱图。傅里叶变换红外光谱技术作为一种光谱学技术，可以专门用于测量物质的红外吸收、发射信号。
傅立叶红外光谱仪测量待测气体的浓度信息时，红外光源发射的红外光束穿过待测污染气体样品吸收池，进入干涉仪后产生干涉光信号，干涉光信号经光电探测器转换后变成电压信号，采集卡采集所产生的电压信号，并由计算机控制，对接收到的电压信号进行傅立叶变换，通过傅立叶变换将干涉图转换为光谱图，反演解算出待测气体的浓度信息。其中，待测污染气体样品吸收池一旦设置完成，可以测量的气体浓度信号的检测下限就有了限制。如果待测的气体浓度超出了可以测量的气体浓度信号的检测下限，需要改变可以测量的气体浓度信号的检测下限，这就需要重新更换整个傅立叶红外光谱仪。这将引起测量成本的上升，更可能因此而无法完成测量任务。
因此，需要提出一种傅立叶红外光谱仪，具有可以扩展的气体浓度信号的检测下限。
实用新型内容
为解决本实用新型所提出的问题，本实用新型的目的是提供一种用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，样品气体吸收池中设置光学调整镜片，可以增加光程，提高傅立叶红外光谱装置的浓度信号检测下限。
所述光学调整镜片包括设置在样品气体吸收池第二侧面的主反射镜和设置在与主反射镜相对的第一侧面的次反射镜。
所述光学调整镜片还包括设置在与主反射镜相对的第一侧面的微动调整镜，位于次反射镜的下方。
所述样品气体吸收池包括设置在样品气体吸收池第一侧面的入射窗口镜和设置在与入射窗口镜相对的样品气体吸收池第二侧面的出射窗口镜，入射窗口镜用于入射光束入射样品气体吸收池，出射窗口镜用于出射光束出射样品气体吸收池。
入射光束与出射光束与所述样品气体吸收池的底面平行，所述入射窗口镜和所述出射窗口镜与所述样品气体吸收池的底面成一定角度，入射光束与出射光束避免垂直入射和垂直出射。
所述主反射镜、次反射镜和微动调整镜与样品气体吸收池的底面成一定角度。
所述微动调整镜可以微量调整，使出射光束与入射光束保持平行。
所述样品气体吸收池的密封腔体的内部表面镀涂有低折射率、吸附系数小的内部镀涂材料。
所述内部镀涂材料为特氟龙材料。
本实用新型的另一目的是提供一种傅立叶红外光谱检测装置，包括吸收样品气体的样品气体吸收池，对穿过样品气体吸收池中的样品气体的光束产生干涉光信号的干涉仪，将干涉光信号转变成电压信号的光电控测器，对电压信号进行傅立叶变换以将干涉图转换为光谱图的控制计算机，控制计算机反演解算出样品气体的浓度信息，所述样品气体吸收池中设置光学调整镜片，可以增加光程。
本实用新型通过在样品气体吸收池腔体内增加光学调整镜片，改变光束传播路径，达到增加光程长度的目的，从而提高傅立叶红外光谱仪的浓度信号检测下限，提高检测的灵敏度。
附图说明
图1为根据本实用新型一个实施例的傅立叶红外光谱仪组成原理示意图；
图2为根据本实用新型一个实施例的样品气体吸收池。
具体实施方式
图1为根据本实用新型一个实施例的傅立叶红外光谱仪组成原理示意图。如图1所示，红外光源发射的红外光束101穿过样品气体吸收池103。根据本实用新型的一个实施例，红外光源发射的红外光束101经过准直后穿过样品气体吸收池103。样品气体吸收池103设置了用于样品气体进入的样气入口102和用于样品气体排出的样气出口104。当样品气体从样气入口102进入样品气体吸收池103时，红外光束穿过进入样品气体吸收池103中的样品气体。样品气体通过样气出口104排出样品气体吸收池103。红外光束101穿过样品气体吸收池103中的样品气体后，入射在第一抛物面镜105上。然后通过第一抛物面镜105聚焦作用进入干涉仪109。干涉仪109的组成结构为目前业界常用类型，在此不再多加描述。红外光束通过干涉仪109生成干涉光信号。生成的干涉光信号入射在平面反射镜108上，经过平面反射镜108的反射，照射在第二抛物镜107上。经过第二抛物镜107的聚焦作用，进入光电探测器。光电探测器对进入的光束信号进行转换，形成电压信号。得到的电压信号被控制电路110的采集卡所采集，控制计算机111对采集卡采集到的电压信号进行傅立叶变换。通过傅立叶变换，光干涉图转换为可在吸收光谱显示终端112上显示的光谱图。利用吸收光谱显示终端112上显示的光谱图，可以反演解算出进入样品气体吸收池103的样品气体的浓度信息，从而可以获得待测气体的浓度信息。
当待测的气体浓度超出了可以测量的气体浓度信号的检测下限，则待测气体的浓度信息无法准确地测量出来。为了扩大可以测量的气体浓度信号的检测下限，本实用新型通过对样品气体吸收池进行改进，实现了光程增加，从而提高了浓度信息的检测下限，增强了浓度信号检测的灵敏度。样品气体吸收池为密封设置，可以避免水汽干扰。根据本实用新型的一个实施例，参见附图2，样品气体吸收池包括密封腔体8，样气入口6和样气出口7分别设置在密封腔体8上部，分别用于样品气体进入密封腔体8和样品气体排出密封腔体8。入射窗口镜装在密封腔体8的第一侧面，根据本实用新型一个实施例，入射窗口镜4通过第一窗口压盖3安装在密封腔体8上，压盖螺丝2拧紧第一窗口压盖3，将入射窗口镜4压紧在第一窗口压盖3上。第一O型圈5设置在入射窗口镜4和第一窗口压盖3之间，可以增强密封性效果。可以理解的是，入射窗口镜4也可以通过其它方式安装在密封腔体8上。主反射镜9安装在密封腔体8上与入射窗口镜4所在的第一侧面相对的第二侧面。次反射镜21安装在密封腔体8的第一侧面上，位于入射窗口镜4的下方。出射窗口镜11安装在密封腔体8上与主反射镜9相同侧的第二侧面，并位于主反射镜9的下方。根据本实用新型的一个实施例，出射窗口镜11通过第二窗口压盖12安装在密封腔体8上。第二O型圈10设置在出射窗口镜11和第二窗口压盖12之间，可以增强密封性效果。可以理解的是，出射窗口镜11也可以通过其它方式安装在密封腔体8上。微动调整镜18安装在与入射窗口镜4和次反射镜21相同侧的第一侧面，位于次反射镜21的下方。
根据本实用新型的一个实施例，样品气体吸收池103还包括微动调整镜18。所述微动调整镜设置在密 封腔体8的第一侧面上，与入射窗口镜4和次反射镜21处于相同侧，并位于次反射镜21的下方。如图2所示，微动调整镜18安装在支座17上，动镜压圈19设置在微动调整镜18和支座17之间，增加密封和紧密效果。动镜调整螺栓16配合动镜压盖20，将支座17和微动调整镜18安装在密封腔体8的第一侧面上。
密封腔体8的两边外侧设置了第一固定孔14和第二固定孔15，可以利用螺栓等将样品气体吸收池固定安装。
密封腔体8的内部表面镀涂有低折射率、吸附系数小的内部镀涂材料22，根据本实用新型的一个实施例，所述内部镀涂材料为特氟龙材料，内部镀涂材料22使打到密封腔体内部侧壁的光束不再耦合到主光束，并且不对样品气体进行吸附。
入射光束1通过入射窗口镜4进入样品气体吸收池103，射向主反射镜9。经过主反射镜9的反射，光束射在次反射镜21上。经过次反射镜21的反射，光束再次射在主反射镜9上。经过主反射镜9的第二次反射，光束射在微动调整镜18上。经过微动调整镜18的反射，光束通过出射窗口镜11，从样品气体吸收池103射出，形成出射光束13。通过微动调整镜18的反射，出射光束13与入射光束1相对保持平行。
通过在样品气体吸收池的密封腔体内增加光学调整镜片，根据本实用新型的一个实施例，包括主反射镜9、次反射镜21和微动调整镜18，光束在样品气体吸收池103中的传播路径产生了变化，达到了增加光程长度的目的，可以提高傅立叶红外光谱仪浓度信号的检测下限。
根据本实用新型的一个实施例，入射光束1与出射光束13平行，并且入射光束1与出射光束13相对于样品气体吸收池103的密封腔体8的底面平行。如图2所示，入射窗口镜4与出射窗口镜11相对密封腔体体的底面成一定角度。密封腔体8的第一侧面和第二侧面也可以与底面成一定角度。因为入射光束1与出射光束13相对于密封腔体8的底面平行，而入射窗口镜4与出射窗口镜11相对密封腔体体的底面成一定角度，使得入射光束1和出射光束13相对入射窗口镜4与出射窗口镜11不垂直，也就是实现不垂直入射、出射，避免镜面反射形成干涉条纹干扰。主反射镜9和次反射镜21与密封腔体8成一定角度，并且微动调整镜18也与密封腔体8成一定角度，这样可以保持入射光束1与出射光束13平行，入射光束1和出射光束13分别从密封腔体8的第一侧面和第二侧面，也就是样品气体吸收池103两端，入射样品气体吸收池103和出射样品气体吸收池103。动镜调整螺栓16可以调松或调紧，以此可以细微地调整微动调整镜18的位置，使出射光束相对于样品气体吸收池103的密封腔体8的底面平行，可避免垂直出射。
根据前文所述，样品气体通过样气入口进入样品气体吸收池，并从样气出口离开样品吸收池。红外光束光源穿过样品气体吸收池，进入干涉仪，并在干涉仪中生成干涉光信号。干涉光信号经光电探测器转换后变成电压信号被采集卡所采集，控制计算机通过傅立叶变换将干涉图转换为光谱图，反演解算出待测气体的浓度信息。这里，样品气体吸收池可以增加光程长度，因而可称为增程型样品气体吸收池。
本实用新型的增程型样品气体吸收池是依据Beer–Lambert定律，即目标组分的浓度与光程长度积等于峰值吸收面积比。通常，傅立叶红外光谱仪的样品吸收气体池采用直射式穿透，即光路不作任何变换，直接穿过气体池。本实用新型的样品吸收气体池如图2所示，通过在密封气体池腔体内增加光学调整镜片，改变光束传播路径，以达到增加光程长度L的目的，进而提高信号浓度检测的灵敏度。
根据本实用新型的一个实施例，为避免水汽干扰，傅立叶红外光谱仪采用密封式结构设计，图1傅立叶红外光谱仪的组成原理示意图。采用本实用新型的傅立叶红外光谱仪工作时，首先红外光源发射的红外光束经过准直后，穿过样品气体吸收池，经抛物面镜聚焦后汇聚于干涉仪腔内，干涉光再经抛物面镜聚集后进入光电探测器，由光电探测器进行光电转换后进入采集卡，采集到的干涉图传送到控制和分析计算机。计算机通过傅立叶变换将干涉图转换为光谱，由此得到整个样品吸收池的吸收光谱，通过浓度反演计算出样品气体也即待测气体的浓度信息。
试验结果及分析：
将本实用新型的增程型样品气体吸收池与改进前的样品气体吸收池应用于同一台傅立叶红外光谱仪，利用15种气体进行对比试验。试验结果可以参见表1。试验结果表明：增程型样品气体吸收池将傅立叶红外光谱仪的检测下限提高约5倍。
表1程型样品气体吸收池与改进前吸收池对比测试结果
Claims (4)
1.一种用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，其特征在于，样品气体吸收池中设置光学调整镜片，所述光学调整镜片包括设置在样品气体吸收池第二侧面的主反射镜和设置在与主反射镜相对的第一侧面的次反射镜，所述光学调整镜片还包括设置在与主反射镜相对的第一侧面的微动调整镜，位于次反射镜的下方。
2.根据权利要求1所述的用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，其特征在于，所述样品气体吸收池包括设置在样品气体吸收池第一侧面的入射窗口镜和设置在与入射窗口镜相对的样品气体吸收池第二侧面的出射窗口镜，入射窗口镜用于入射光束入射样品气体吸收池，出射窗口镜用于出射光束出射样品气体吸收池。
3.根据权利要求1所述的用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，其特征在于，所述光学调整镜片中的微动调整镜可以微量调整，使出射光束与入射光束保持平行。
4.根据权利要求1所述的用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池，其特征在于，所述样品气体吸收池的密封腔体的内部表面镀涂有特氟龙材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Nanjing Feibile Photoelectric Technology Co. Ltd. Assignor: Nanjing Shuntai Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2014320000700 Denomination of utility model: Sample gas absorption cell for Fourier infrared spectrum detection device Granted publication date: 20140319 License type: Common License Record date: 20141016 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140319 Termination date: 20160508 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |