專利名稱：一種測試氣溶膠粒子紅外光譜的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于分析儀器吸收光譜，尤其是紅外吸收光譜，能夠很方便有效地測試氣 溶膠粒子的物質(zhì)結(jié)構、物相和原位反應過程等信息。
背景技術：
紅外吸收光譜技術是一種最為常見的分析技術，主要用于化合物鑒定及分子結(jié)構 表征，亦可用于定量分析，被廣泛應用于科學研究、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等等過程中。它的基本原理 是紅外光譜又稱分子振動轉(zhuǎn)動光譜，屬分子吸收光譜。樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照 射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉(zhuǎn)動引起偶極矩的凈變化，使振_轉(zhuǎn)能級 從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應于這些區(qū)域的透射光強減弱，記錄百分透過率對波數(shù)或波長的 曲線，即紅外光譜。紅外吸收光譜對氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)樣品均可進行紅外光譜測定。氣體樣品是在氣 體池中進行測定的，先把氣體池中的空氣抽掉，然后注入被測氣體進行測譜。測定液體樣品 時，使用液體池，常用的為可拆卸池，即將樣品直接滴于兩塊鹽片之間，形成液體毛細薄膜 (液膜法)進行測定，對于某些吸收很強的液體試樣，需用溶劑配成濃度較低的溶液再滴入 液體池中測定。對于固體樣品，主要采用壓片法、糊狀法和薄膜法。壓片法指把固體樣品放 在瑪瑙研體中研細，加入磨細干燥的堿金屬鹵化物(多用KBr)粉末，混合均勻后，加入壓模 內(nèi)，在壓片機上邊抽真空邊加壓，制成透明片子進行測定。糊狀法指將固體樣品研成細末， 與糊劑(如液體石蠟油)混合成糊狀，然后夾在兩窗片之間進行測定。薄膜法把固體樣品 制成薄膜來測定，薄膜的制備有兩種一種是直接將樣品放在鹽窗上加熱，熔融樣品涂成薄 膜，另一種是先把樣品溶于揮發(fā)性溶劑中制成溶液，然后滴在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后，樣品 遺留在鹽片上而形成薄膜。目前基于紅外光譜對氣溶膠粒子的研究的制樣方法主要有以下2類收集氣溶膠 粒子利用固體壓片法進行研究；氣溶膠束進樣法。利用固體壓片法的缺點是需要收集大量 的氣溶膠粒子，且通過研磨會破壞氣溶膠粒子的本來形態(tài)。氣溶膠束進樣法能夠原位研究 氣溶膠粒子的相關屬性，但其缺點是得到的光譜質(zhì)量不高，不能有效原位跟蹤氣溶膠粒子 隨時間變化的相關信息。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種測試氣溶膠粒子的方法，該方法是在紅外光 譜儀的樣品區(qū)使用光學長程池(或者稱光學共振長程池、光學諧振腔)，該光學長程池包含 兩個鏡面，通過將氣溶膠粒子沉積到長程池的鏡面，紅外光在兩個鏡面之間來回多次反射， 穿過沉積在光學長程池兩個鏡面上的氣溶膠粒子射出，經(jīng)過檢測射出紅外光從而獲得高質(zhì) 量的氣溶膠粒子的紅外吸收光譜。優(yōu)選地，上述方法還能夠達到原位跟蹤目標粒子隨時間變化的相關信息。優(yōu)選地，兩個鏡面是完全相同的中心帶小孔的凹面鏡，凹面相對。
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優(yōu)選地，氣溶膠粒子為納米氣溶膠粒子。當使用上述方法進行氣溶膠粒子測試的時候，氣溶膠粒子被沉積到兩個鏡面所采 用的方法為spray-dry噴霧法。優(yōu)選地，上述方法中，光學長程池位于紅外光源(IR光源)和信號探測區(qū)之間。信 號探測區(qū)主要由收集紅外光信號的光學系統(tǒng)、紅外光探測器(MCT)和計算機等組成。優(yōu)選地，兩個鏡面為高反射率的金膜反射鏡，反射率大于99.9%。優(yōu)選地，兩個鏡子的設置參數(shù)如下兩個鏡子的距離為60-80mm，焦距為20_30mm，凹面鏡的直徑為30_50mm，光線出入 孔徑為2-4_，光束束腰尺寸(Beam waist)為10_20mm。兩個鏡面的參數(shù)的設置的調(diào)整要滿足入射光和出射光完全對稱，獲得最有效的IR 光出射的狀態(tài)。優(yōu)選地，兩個鏡子的距離優(yōu)選為70. 7mm，焦距優(yōu)選為25mm，凹面鏡的直徑優(yōu)選為 40mm，光線出入孔徑優(yōu)選為3mm，光束束腰尺寸優(yōu)選為15mm。上述方法能夠原位檢測氣溶膠粒子的物相信息，結(jié)構信息，反應信息等等。本發(fā)明提供了一種紅外光譜儀，該光譜儀由IR光源、樣品區(qū)和信號探測區(qū)三部分 組成，其中信號探測區(qū)主要由收集IR信號的光學系統(tǒng)、紅外光探測器(MCT)和計算機等組 成，樣品區(qū)采用能夠沉積氣溶膠粒子樣品的光學長程池，該光學長程池包含兩個鏡面，兩個 鏡子的設置參數(shù)如下兩個鏡子的距離為60-80mm，焦距為20_30mm，凹面鏡的直徑為30_50mm，光線出入 孔徑為2-4mm，光束束腰尺寸為10_20mm，兩個鏡面的設置參數(shù)的調(diào)整要滿足入射光和出射 光完全對稱，獲得最有效的紅外光出射的狀態(tài)。優(yōu)選地，兩個鏡子的距離為70. 7mm，焦距為25mm，凹面鏡的直徑為40mm，光線出入 孔徑為3mm，光束束腰尺寸為15mm。上述光學長程池實際上是一個由2個完全相同的中心帶小孔的凹面鏡構成的光 學諧振系統(tǒng)，如圖2所示。對于以入射角Ω in和入射光斑半徑y(tǒng)in的入射光束來說，入射 光和出射光存在以下的線性關系(其中Ωη為出射角，yn為出射半徑，η為在光學長程池 里的反射次數(shù))
權利要求
一種測試氣溶膠粒子的方法，該方法是在紅外光譜儀的樣品區(qū)使用光學長程池，該光學長程池包含兩個鏡面，通過將氣溶膠粒子沉積到長程池的鏡面，紅外光在兩個鏡面之間來回多次反射，穿過沉積在光學長程池兩個鏡面上的氣溶膠粒子射出，經(jīng)過檢測射出紅外光從而獲得高質(zhì)量的氣溶膠粒子的紅外吸收光譜。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中兩個鏡面是完全相同的中心帶小孔的凹面鏡，凹 面相對。
3.根據(jù)權利要求1-2任一項所述的方法，其中氣溶膠粒子為納米氣溶膠粒子。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，氣溶膠粒子被沉積到兩個鏡面所采用的方法為 spray-dry 噴霧法。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中光學長程池位于紅外光源和信號探測區(qū)之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中兩個鏡面為高反射率的金膜反射鏡，反射率大于 99. 9%。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中兩個鏡子的設置參數(shù)如下兩個鏡子的距離為60-80mm，焦距為20_30mm，凹面鏡的直徑為30_50mm，光線出入孔徑 為2-4mm，光束束腰尺寸為10_20mm，兩個鏡面的設置參數(shù)的調(diào)整要滿足入射光和出射光完 全對稱，獲得最有效的紅外光出射的狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中兩個鏡子的距離為70.7mm，焦距為25mm，凹面鏡的 直徑為40mm，光線出入孔徑為3mm，光束束腰尺寸為15mm。
9.一種紅外光譜儀，該光譜儀由IR光源、樣品區(qū)和信號探測區(qū)三部分組成，其中信號 探測區(qū)包含收集IR信號的光學系統(tǒng)、紅外光探測器(MCT)和計算機部分，樣品區(qū)采用能夠 沉積氣溶膠粒子樣品的光學長程池，該光學長程池包含兩個鏡面，兩個鏡子的設置參數(shù)如 下兩個鏡子的距離為60-80mm，焦距為20_30mm，凹面鏡的直徑為30_50mm，光線出入孔徑 為2-4mm，光束束腰尺寸為10_20mm，兩個鏡面的設置參數(shù)的調(diào)整要滿足入射光和出射光完 全對稱，獲得最有效的紅外光出射的狀態(tài)。
10.根據(jù)權利要求9所述的光譜儀，其中兩個鏡子的距離為70.7mm，焦距為25mm，凹面 鏡的直徑為40mm，光線出入孔徑為3mm，光束束腰尺寸為15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測試氣溶膠粒子紅外光譜的方法，該方法是在紅外光譜儀的樣品區(qū)使用光學共振長程池，該長程池包含兩個鏡面，通過將氣溶膠粒子沉積到長程池的鏡面，紅外光在兩個鏡面之間來回多次反射，穿過沉積在光學長程池兩個鏡面上的氣溶膠粒子射出，經(jīng)過檢測射出紅外光從而獲得高質(zhì)量的氣溶膠粒子的紅外吸收光譜。該方法適用范圍是在大氣環(huán)境和科研、工業(yè)實踐過程中氣溶膠粒子表征和相關屬性的研究，是一種有效的氣溶膠粒子的分析手段。
文檔編號G01N21/35GK101949837SQ20101026763
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者裴克梅 申請人:浙江理工大學