光譜液滴分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、對(duì)液體的分析檢測(cè)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(duì)保護(hù)其生存環(huán)境的意識(shí)也日益增強(qiáng)，對(duì)污染的控制，對(duì)飲食、醫(yī)藥和工業(yè)用液的質(zhì)量檢測(cè)都提出了更多、更高的要求。運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，研究建立實(shí)用、有效的分析方法和儀器已是勢(shì)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(lái)，對(duì)液體進(jìn)行綜合分析，在被測(cè)液體形成液滴的過(guò)程中，對(duì)被測(cè)液滴實(shí)施監(jiān)測(cè)，從而獲得有關(guān)該被測(cè)液體的物理、化學(xué)特性信息，對(duì)液體

2、進(jìn)行定性和量化識(shí)別。 光譜液滴分析系統(tǒng)通過(guò)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(lái)，既可以得到樣品液滴在不同時(shí)刻的輪廓與電學(xué)、光學(xué)信息的關(guān)系，也可以同時(shí)得到該液體在設(shè)定波段的光譜信息，經(jīng)過(guò)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(duì)于某些液體來(lái)說(shuō)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(shí)

3、，在鑒別液體的應(yīng)用中，對(duì)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(duì)液體的識(shí)別能力。反過(guò)來(lái)，對(duì)設(shè)定波段的小型光譜儀無(wú)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(duì)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(shí)現(xiàn)，此時(shí)需將小型光譜儀的工作波段設(shè)定在被測(cè)液體有吸收的波長(zhǎng)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(diǎn)結(jié)合起來(lái)，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(guò)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(wèn)題，而且更重要的意義是對(duì)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(dú)使用，得到液體的液滴輪廓特征指紋圖，同時(shí)也可以作為對(duì)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(gè)方面：

5、 1.將光譜分析理論引入液滴分析，并通過(guò)技術(shù)融合搭建了一體化的測(cè)量?jī)x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(duì)液體樣品的光譜分析，綜合考慮儀器的實(shí)用性和結(jié)構(gòu)耦合，設(shè)計(jì)了儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)，并對(duì)信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(cè)量中引入了流動(dòng)比色裝置，解決了對(duì)不同液體進(jìn)行光譜測(cè)量時(shí)的條件一致性問(wèn)題。由于液滴在生長(zhǎng)過(guò)程中光程不斷變化，直接通過(guò)液滴測(cè)量光

6、譜時(shí)很難保證對(duì)不同液體具有相同的光程，從而給定量分析帶來(lái)困難，而且由于液滴分析的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)限制，使得直接通過(guò)液滴測(cè)量液體的吸收光譜難以實(shí)現(xiàn)，因此在測(cè)量裝置中加入了流動(dòng)比色裝置，運(yùn)用固定光程的樣品池保證了光譜測(cè)量的一致性和可行性。 3.運(yùn)用光譜液滴分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體光譜信號(hào)和光纖、電容信號(hào)的同步采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)融合，得到被測(cè)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(shí)別液體提供重要依據(jù)。

7、 4.運(yùn)用CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)記錄液滴的生長(zhǎng)過(guò)程，并進(jìn)行液滴圖像分析，實(shí)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(duì)液體進(jìn)行鑒別分析。 5.利用光譜液滴分析系統(tǒng)，對(duì)不同液體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)查詢(xún)對(duì)照和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的管理操作，從而可對(duì)液體進(jìn)行定性鑒別。 6.結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理以及建模測(cè)算的定量分析模型的建立，從而可以對(duì)液體組分