光譜液滴分析系統(tǒng)的設(shè)計研究.pdf

1、對液體的分析檢測在環(huán)保、醫(yī)藥、食品、安檢等行業(yè)都有重要的意義。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對保護(hù)其生存環(huán)境的意識也日益增強(qiáng)，對污染的控制，對飲食、醫(yī)藥和工業(yè)用液的質(zhì)量檢測都提出了更多、更高的要求。運用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，研究建立實用、有效的分析方法和儀器已是勢在必行。光譜液滴分析系統(tǒng)將光譜分析方法引入到液滴分析技術(shù)中來，對液體進(jìn)行綜合分析，在被測液體形成液滴的過程中，對被測液滴實施監(jiān)測，從而獲得有關(guān)該被測液體的物理、化學(xué)特性信息，對液體

2、進(jìn)行定性和量化識別。 光譜液滴分析系統(tǒng)通過融合光譜分析技術(shù)和液滴分析技術(shù)，將光纖、電容液滴分析方法與小型光譜儀結(jié)合起來，既可以得到樣品液滴在不同時刻的輪廓與電學(xué)、光學(xué)信息的關(guān)系，也可以同時得到該液體在設(shè)定波段的光譜信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合可得到由液體物理、化學(xué)及力學(xué)等特性綜合確定的三維液滴指紋圖。由于光纖、電容液滴分析方法對于某些液體來說不適用，在應(yīng)用上存在一定的局限性。在這種情況下，利用光譜分析方法可幫助我們獲取液體的特性信息。同時

3、，在鑒別液體的應(yīng)用中，對于液滴指紋信息比較相近的液體，可借助液體的光譜信息增強(qiáng)對液體的識別能力。反過來，對設(shè)定波段的小型光譜儀無法區(qū)分的樣品，基于液滴指紋數(shù)據(jù)可以起到鑒別功能。對于液體中指定成分的定量分析，可借用紅外光譜分析中的方法實現(xiàn)，此時需將小型光譜儀的工作波段設(shè)定在被測液體有吸收的波長范圍內(nèi)。光譜液滴分析方法將光譜分析的快速便捷與液滴分析的多參數(shù)結(jié)果的優(yōu)點結(jié)合起來，使液滴分析技術(shù)進(jìn)入到化學(xué)成分分析的領(lǐng)域，拓寬了液滴分析技術(shù)的應(yīng)用范

4、圍。 由于液體物理、化學(xué)特性的差異，從而不同液體在相同條件下形成液滴的輪廓形狀不同，因此本文中還研究了圖像液滴分析方法，不僅可以解決通過電容液滴分析方法獲取液滴體積受液體介電常數(shù)影響的問題，而且更重要的意義是對液體的液滴幾何輪廓特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步研究利用了液體的力學(xué)特性。圖像液滴分析方法可以單獨使用，得到液體的液滴輪廓特征指紋圖，同時也可以作為對其它液滴分析方法的一種補(bǔ)充。 本文的主要工作和創(chuàng)造性研究包括以下幾個方面：

5、 1.將光譜分析理論引入液滴分析，并通過技術(shù)融合搭建了一體化的測量儀器。選取工作波段在近紅外光譜范圍的小型光纖光譜儀用于系統(tǒng)中對液體樣品的光譜分析，綜合考慮儀器的實用性和結(jié)構(gòu)耦合，設(shè)計了儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)，并對信號檢測電路進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，設(shè)計出整體結(jié)構(gòu)小、便于在線分析的光譜液滴分析系統(tǒng)。 2.在光譜測量中引入了流動比色裝置，解決了對不同液體進(jìn)行光譜測量時的條件一致性問題。由于液滴在生長過程中光程不斷變化，直接通過液滴測量光

6、譜時很難保證對不同液體具有相同的光程，從而給定量分析帶來困難，而且由于液滴分析的特點與結(jié)構(gòu)限制，使得直接通過液滴測量液體的吸收光譜難以實現(xiàn)，因此在測量裝置中加入了流動比色裝置，運用固定光程的樣品池保證了光譜測量的一致性和可行性。 3.運用光譜液滴分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對液體光譜信號和光纖、電容信號的同步采集，并通過數(shù)據(jù)融合，得到被測液體的三維液滴指紋圖，它包含豐富的液體力學(xué)、物理、化學(xué)特性信息，從而為精確識別液體提供重要依據(jù)。

7、 4.運用CCD攝像機(jī)實時記錄液滴的生長過程，并進(jìn)行液滴圖像分析，實現(xiàn)了液滴輪廓特征參數(shù)的提取和分析。利用液滴輪廓特征參數(shù)，可對液體進(jìn)行鑒別分析。 5.利用光譜液滴分析系統(tǒng)，對不同液體進(jìn)行了實驗分析，根據(jù)實驗中得到的液體特征數(shù)據(jù)，建立液體樣品特征數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)查詢對照和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的管理操作，從而可對液體進(jìn)行定性鑒別。 6.結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法，實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理以及建模測算的定量分析模型的建立，從而可以對液體組分