[发明专利]两种光源自动切换的光路装置及光谱仪

说明书

本发明提供一种支持两种光源自动切换的气相分子吸收光谱仪的光路装置，该装置包括：在空心阴极灯产生的光线行进方向依次设置的空心阴极灯灯架座、空心阴极灯、半透半反装置(2)、透镜、单色器，和在半透半反装置的侧方设置氘灯光源，其中所述半透半反装置可以根据需要选择透光模式或反光模式，从而使得空心阴极灯或氘灯发射的光线分别透过半透半反装置或从中折射而通向透镜、单色器，最终进入下游的光检测装置。本发明还提供包含上述光路装置的气相分子吸收光谱仪。本发明既能使用使用氘灯光源提供的连续特征波长也可以使用特定的空心阴极灯发出的锐线波长，同时能匹配现有的任何气相分子吸收光谱仪，提高了产品的通用性。

技术领域

本发明涉及光学分析仪器，具体涉及一种支持两种光源自动切换的气相分子吸收光谱仪 的光路装置，及其制备的气相分子吸收光谱仪。

背景技术

气相分子吸收光谱法(简称GPMAS)是基于被测成分所分解成的气体对光的吸收强度与 被测成分浓度的关系遵守光吸收定律这一原则来进行定量测定的；根据吸收波长的不同,也 可以确定被测定的成分而进行定性分析。气相分子吸收光谱法可用于测定氨氮、总氮、硫化 物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、凯氏氮等。气相分子吸收光谱法的检测原理是：首先通过化学 反应，将水溶液中的离子或者分子转化为某种气体。气体分子在不受外界影响的情况下，通 常处于相对稳定的状态，称之为基态气体分子。但是，一旦这些气体分子接受到特定波长的 光辐射时，很容易产生相应的分子振动。发生分子振动所需能量是一定的，这种特定的能量 称为分子特征谱线。在气相分子吸收光谱法中，选特定波长的光源，气态分子对该光源发出 的特征波长光产生分子振动吸收，根据光的被吸收程度计算出分子浓度。每个光子的能量等 于普朗克常量和光子的频率的乘积。对于一个光波函数来说，可以通过数学手段把它分解为 许多不同频率的波的和。如果一个光分解出来的频率是连续的，称为连续谱；如果分解出来 的频率是离散的称为离散谱，不同光源，由于发光的物质不同，辐射能(辐射功率)按照波长 分布的情况也就不一样。使用气相分子吸收光谱法进行物质的光谱检测时，不同的物质需要 特定波长范围的光进行辐射，其辐射能需达到一定的强度才可以保证检测结果的准确性。因 此光源的工作性能是否达标决定着检测仪器原始数据的可靠性。

气相分子吸收光谱仪是由发明人所在团队的核心人物臧平安先生1987年研发，1998 年全世界第一台样机问世。由于研发初期是经过原子吸收改装的，所以2005年制定国标采 用的光源是空心阴极灯。经过多年的积累，安杰公司成功研发了使用氘灯代替空心阴极灯的 改进方法。氘灯比空心阴极灯的光能量更强，配以性能良好的滤光片或单色器，完全能获得 更加良好的检测效果，且经过实验，证明氘灯更优于空心阴极灯(齐文启，臧平安等，气相 分子吸收光谱仪光源优化方案探讨，《现代科学仪器》第6期2016年12月)。

目前，市场上的气相分子吸收光谱仪存在两种可以使用的光源，分别是空心阴极灯光源 和氘灯光源，有些用户在测量不同项目的时候偏向于使用不同的光源，但是市场上目前存在 的仪器都只支持其中一种光源。

随着应用的发展，现在需要能支持多光源的吸收光谱仪。为此，申请人的在先专利申请 (一种多光源气相吸收光谱仪，专利号：ZL 201621292939.0)公开了一种多光源气相吸收 光谱仪的装置，多光源装置包括光源选择支架、固定轴、设于光源选择支架内部的并以固定 轴为轴心设置的数个光源灯，其中所述光源灯发射的光为连续光源或锐线光源。该本仪器采 用先照射样品、再使用分光装置113分光，能够不移动仪器比色装置中的任何部件就能够进 行检测，分光装置113选择使用无机械结构的滤光片代替机械结构的单色器和透镜组。该装 置通过分光装置113(即分光器)实现连续光源或锐线光源的切换，例如，在具体操作中只 使用锐线光源时，将分光装置113关闭或去除，使光路模块的结构变为：“多光源装置112、 吸光管111、光探测器114”。然而，该装置所针对的锐线光源或连续光源只是涉及空心阴 极灯光源，并不涉及氚灯光源或空心阴极灯结构的氘灯光源，并且其只是通过改变多光源分 光后的输出路径或方式，以实现光源切换，并不能实现同时应用空心阴极灯光源和氘灯光源， 也未从光源的源头进行切换，因此在使用中存在一定不便。