光譜液滴分析系統(tǒng)的設計研究.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，人們對保護其生存環(huán)境的意識也日益增強，對污染的控制，對飲食、醫(yī)藥和工業(yè)用液的質量檢測都提出了更多、更高的要求。運用先進的科學技術，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中來，對液體進行綜合分析，在被測液體形成液滴的過程中，對被測液滴實施監(jiān)測，從而獲得有關該被測液體的物理、化學特性信息，對液體

2、進行定性和量化識別。 光譜液滴分析系統(tǒng)通過融合光譜分析技術和液滴分析技術，將光纖、電容液滴分析方法與小型光譜儀結合起來，既可以得到樣品液滴在不同時刻的輪廓與電學、光學信息的關系，也可以同時得到該液體在設定波段的光譜信息，經過數(shù)據(jù)融合可得到由液體物理、化學及力學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對液體的識別能力。反過來，對設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定在被測液體有吸收的波長范圍內。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)結果的優(yōu)點結合起來，使液滴分析技術進入到化學成分分析的領域，拓寬了液滴分析技術的應用范

4、圍。 由于液體物理、化學特性的差異，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行分析，進一步研究利用了液體的力學特性。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構耦合，設計了儀器的機械結構和光學結構，并對信號檢測電路進行了改進設計，設計出整體結構小、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構限制，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、物理、化學特性信息，從而為精確識別液體提供重要依據(jù)。

7、 4.運用CCD攝像機實時記錄液滴的生長過程，并進行液滴圖像分析，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)，可對液體進行鑒別分析。 5.利用光譜液滴分析系統(tǒng)，對不同液體進行了實驗分析，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，從而可對液體進行定性鑒別。 6.結合化學計量學方法，實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)預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