一種多源光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，屬于化學成分檢測的分析儀器，是一種 多源光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 光譜分析儀器是進行化學成分結(jié)構(gòu)鑒定及定量分析的最常用的儀器，廣泛應用于 食品、藥品、農(nóng)產(chǎn)品、化學品、材料等領(lǐng)域的化學成分的定量與定性分析。光譜分析儀的理論 基礎(chǔ)為:化學分子中不同的官能團對不同波長的光有不同的響應，通過分析入射光譜(一般 是參比試劑形成的吸收反射光譜)與樣品作用后響應的光譜之間的變化進行樣品的結(jié)構(gòu)鑒 定、類別判定等定性分析以及樣品中所含化學物質(zhì)含量的測定等定量分析。
[0003] 光譜定性、定量分析的理論基礎(chǔ)為朗伯-比爾定律：其中；為樣品在 給定波長下的吸光度，2為吸光系數(shù)，yt為常數(shù)^為樣品中待測物的濃度。在實際過程中， 通常先進行參比試劑測定:先測出參比試劑的吸光度巧，然后再測試樣品的吸光度飲，一 般地，測試時需要選擇適當?shù)膮⒈仍噭┖蜆悠返臐舛葏^(qū)間，使朗伯-比爾定律近 似簡化為%，即濃度與吸光度為線性關(guān)系。事實上，現(xiàn)有的光譜分析儀器都是固定 一個參比，通常這個參比試劑在所選光譜區(qū)內(nèi)信號響應很小，例如紫外光譜用水、乙醇、甲 醇作參比試劑，紅外光譜分析時用溴化鉀作參比試劑。專利文獻ZL0125924、ZL0228024422、 CN102967369、CN201837458公開的光譜儀均采用的是固定參比光譜。
[0004] 在通常情況下，參比溶劑都是選擇樣品的溶劑或稀釋劑，不同的溶劑會有不同的 光譜特征。也就是說，可以在不同溶劑或光譜條件下測定樣品，然后通過變換參比光譜，根 據(jù)樣品光譜的變化情況分析待測樣品。例如，在判別一個樣品是否是硫酸銅時，可以采用傳 統(tǒng)的光譜方法一一原子吸收光譜法，測定Cu 2+的光譜吸收，再與Cu2+標樣進行比較，判別樣 品中是否存在Cu2+。也可以采用離子色譜法判別樣品中是否含有放方_離子。還可以采用交換 溶劑法:如無水硫酸銅是白色粉末，其水溶液是綠色，加入Na 2S后有黑色沉淀，加入BaCl2后 有白色沉淀，這就是通過變化參比試劑。在固定觀測光(可見光)下判別CuS0 4。
[0005] 光柵掃描型光譜儀是最早的光柵分光型光譜儀，它由步進電機帶動光柵轉(zhuǎn)動進行 光譜掃描，使用單點探測器檢測。光柵掃描型光譜儀最大的缺點是有移動部件，這導致儀器 的抗震性差，掃描速度相對較慢。目前，光柵掃描型光譜儀大多是體積較大的實驗室用儀 器，雖然有部分企業(yè)研制出了小型化的便攜式光柵掃描型儀器，但其體積仍然偏大偏重。總 的來講，由于需要使用移動部件，便攜式光柵掃描型光譜儀還比較少。
[0006] 便攜式固定光路陣列檢測型光譜儀是較常見的類型，采用入射光經(jīng)凹面鏡準直， 之后由固定光柵分光，再由凹面鏡聚焦到線陣列檢測器上。多數(shù)儀器采用折疊交叉式 (Czermy-Turner)光路以減小儀器的體積。也有使用凹面全息光柵、省去用于準直和成像光 學元件的光譜儀類型，它們可進一步簡化光路。目前最簡單的光譜儀僅由入射光纖、凹面光 柵和檢測器組成，這使光譜儀更加堅固緊湊，提高了可靠性。在檢測器方面，現(xiàn)有的硅檢測 器可探測llOOnm以下的光譜；InGaAs檢測器的響應范圍在1000~1700nm，擴展型可至 2600nm;另外還有少數(shù)其他探測器。這些儀器的光譜采集速度要比光柵掃描型快得多，但 是，由于線陣檢測器單個像元面積小，且不同像元之間有串擾，儀器的信噪比要差一些。
[0007] 傅里葉變換型光譜儀的光通量大、分辨率高，中紅外波段的大型儀器比較多，而近 紅外波段的便攜式儀器則較少，這是因為，一是由于近紅外分析的現(xiàn)場應用一般不要求很 高的分辨率;二是由于傅里葉變換光譜儀一般有可移動的部件，其抗震性較差，很難做成便 攜式儀器。近年來傅里葉變換光譜儀的光路結(jié)構(gòu)不斷地得到改進，也出現(xiàn)了一些便攜式甚 至是手持式儀器，這些便攜式或者手持式儀器一般使用中紅外或短波近紅外波段，可置于 手推車上或車載使用。
[0008] 綜上所述，傳統(tǒng)的分子光譜由于復雜的光學系統(tǒng)、動元件的存在及固定參比，使得 儀器的結(jié)構(gòu)比較復雜、且體積龐大，其線性范圍窄、信號損失大，尤其是動元件的使用導致 模型移植困難，很難實現(xiàn)模型共享，導致大量的數(shù)據(jù)不能共享，不能產(chǎn)生更高價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種多源光譜儀，它不以單一固定的試劑 作為參比，而是以樣品本身作為參比，通過改變參比波長形成一系列參比信號；它不僅制造 和使用成本低，而且使用方便，能實現(xiàn)不同儀器之間的模型共享，可充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價 值，是一種能為互聯(lián)網(wǎng)+提供有效光譜分析的工具。
[0010] 為實驗上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0011] -種多源光譜儀，含有機殼、頂蓋、充電口、開關(guān)、工作指示燈，所述頂蓋設(shè)置在所 述機殼的頂端，所述充電口、開關(guān)和工作指示燈設(shè)置在所述機殼外側(cè)的一面或兩面，其特征 在于，在所述機殼的里面由下向上依次設(shè)置有數(shù)據(jù)采集卡、分格柵、石英玻璃片和樣品池； 在所述數(shù)據(jù)采集卡上設(shè)有電源管理模塊、LED光源、光電二極管、多路模擬開關(guān)、程控放大 器、A/D轉(zhuǎn)換芯片、Μ⑶微處理器和wifi ;所述分格柵的每個格柵對應一個LED光源和一個光 電二極管，由所述LED光源與光電二極管組成光學模塊;在所述樣品池上端設(shè)置頂蓋。
[0012] 進一步，所述數(shù)據(jù)采集卡上的電源管理模塊通過多路模擬開關(guān)連接LED光源、光電 二極管、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換芯片和MCU微處理器并供電。
[0013] 進一步，在所述數(shù)據(jù)采集卡上設(shè)有兩個多路模擬開關(guān)芯片，其中：第一多路模擬開 關(guān)芯片用于選擇測試波長，第二多路模擬開關(guān)芯片用于選擇參比波長，當由程序控制第一 多路模擬開關(guān)芯片中的一路"通"時，程序就依次選擇第二多路模擬開關(guān)芯片中的參比模擬 開關(guān)，順序開通〇〇路(零電位)至第η路模擬開關(guān)進行參比；這樣，樣品每個波長的測試信息 都分別用零電位和另一波長的信息作為參比。
[0014] 進一步，所述數(shù)據(jù)采集卡采集的信號可通過Wifi發(fā)送到智能端，所述智能端為電 腦、智能手機或者iPad。
[0015] 進一步，所述光學模塊包括紫外光譜區(qū)、可見光譜區(qū)、近紅外光譜區(qū)以及紅外光譜 區(qū)中的至少兩個光譜區(qū)。
[0016] 進一步，所述光譜區(qū)至少由兩個波長的LED光源組成。
[0017] 進一步，每個所述的LED光源對應一個所述的光電二極管，所述光電二極管的另一 端連接多路模擬開關(guān)，所述多路模擬開關(guān)的輸出端接入程控放大器，所述程控放大器的輸 出端接入A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出端接入MCU微處理器，對采集過程進行程序 管理。
[0018] 本發(fā)明一種多源光譜儀的積極效果是： (1)它以樣品本身作為參比，通過改變參比波長形成一系列參比信號。
[0019] (2)不僅制造和使用成本低，而且使用方便，能實現(xiàn)不同儀器之間的模型共享，可 充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價值。
[0020] (3)是一種能為互聯(lián)網(wǎng)+提供有效光譜分析的工具。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明一種多源光譜儀的結(jié)構(gòu)分解圖。
[0022] 圖2為數(shù)據(jù)采集卡電路原理圖。
[0023] 圖3為分隔柵與LED燈、光電二級管裝配關(guān)系圖。
[0024] 圖4為應用實施例1采集的多源光譜圖。
[0025] 圖5為應用實施例1樣品的第一、第二主成分投影圖。
[0026] 圖6為應用實施例2-個銀杏葉樣品在不同通道的光強。
[0027] 圖7為應用實施例3-個奶粉樣品在不同通道下的光強。
[0028]圖8為應用實施例4兩倍柱體積10%乙醇洗脫大孔樹脂柱時的餾出液曲線。
[0029] 圖9為應用實施例4兩點五倍柱體積15%乙醇洗脫大孔樹脂柱時的餾出液曲線。
[0030] 圖10為應用實施例4兩倍柱體積20%乙醇洗脫大孔樹脂柱時的餾出液曲線。
[0031]圖中的標號分別為： 1、機殼； 2、數(shù)據(jù)采集卡； 3、分格柵； 4、石英玻璃片； 5、樣品池； 6、頂蓋； 7、充電口； 8、開關(guān)； 9、工作指示燈； 21、電源管