[发明专利]全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置及测量方法

权利要求书

1.全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：包括激光器(15)，激光器(15)的输出端通过发射光纤(14)连接分路器(13)的输入端，分路器(13)的两个输出端分别输出入射光信号和参考光信号，入射光信号和参考光信号分别通过入射光纤(1)和参考光纤(11)接入入射光路和参考光路中，在入射光路中设置有样品池(3)，带电颗粒位于样品池(3)内的待测样品中，入射光信号经过被测样品形成散射光信号，散射光信号与参考光信号分别通过接收光纤(5)和参考光纤(11)接入耦合器(6)的两个输入端，耦合器(6)的输出端连接光电转换装置，光电转换装置的输出端连接计数器(10)的输入端。

2.根据权利要求1所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：在所述的参考光路中设置有径向膨胀的压电陶瓷(9)，参考光纤(11)紧密缠绕在压电陶瓷(9)上。

3.根据权利要求1所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：还设置有计算机(12)，所述计数器(10)的输出端连接计算机(12)。

4.根据权利要求1所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：所述的光电转换装置为光电倍增管(8)。

5.根据权利要求1所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：还设置有第一准直透镜(2)和第二准直透镜(4)，入射光信号经过第一准直透镜(2)射入样品池(3)内；散射光信号经过第二准直透镜(4)射入所述的耦合器(6)。

6.根据权利要求1或5所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置，其特征在于：在所述样品池(3)的内部设置有用于向带电颗粒施加电场信号的极板。

7.利用权利要求1～6任一项所述的全光纤光路电泳光散射Zeta电位测量装置完成的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1001，关闭参考光路，根据散射光信号调节入射光信号强度；

步骤1002，开启参考光路，调节参考光信号的偏移频率；

步骤1003，向样品池(3)内的带电颗粒施加电场信号，样品池(3)内的带电颗粒根据电场方向而移动；

步骤1004，光电转换装置将耦合器(6)输出的光信号转换为电脉冲信号，由计数器(10)对电脉冲信号进行计数得到采样信号；

步骤1005，对采样信号进行快速傅里叶变换得到散射光信号的频率谱，并根据偏移量计算公式求得散射光信号的频率偏移量；

步骤1006，向样品池(3)内的带电颗粒施加反向的电场信号；

步骤1007，重复步骤1004～1005，再次求得散射光信号的频率偏移量；

步骤1008，利用电泳速度计算公式求得带电颗粒的电泳速度；

步骤1009，根据Zeta电位计算公式求得带电颗粒的Zeta电位。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于：步骤1007中所述的频率偏移量计算公式为：

其中：I_L是参考光强，<I_S>是平均散射光强，Γ为衰减线宽，β为仪器常数，ω_p为参考光信号的角频率与入射光信号的角频率ω₀的差值，μ为电泳迁移率，Δf为散射光信号相对入射光信号的频率偏移，ω为角频率，τ为积分变量，δ为冲激函数，i为虚数单位。

9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于：步骤1008中所述的电泳速度计算公式为：

其中：n为溶液的折射率，λ₀为入射光信号在真空中的波长，u为颗粒的电泳速度，θ为散射角，Δf为散射光信号相对入射光信号的频率偏移。

10.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于：步骤1009中所述的Zeta电位计算公式为：

其中，ζ为Zeta电位，ε为液体的介电常数，η为液体的粘度，E为电场强度。