[发明专利]一种光学劈尖装置及测量溶液红外吸收系数的方法

说明书

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种光学劈尖装置及测量溶液红外吸收系数的方法。本发明的光学劈尖装置中，上层玻璃插入上板的凹槽内，下层玻璃插入下板的凹槽内，上板与中板之间通过弹簧相互紧固；中板与下板之间通过螺栓相对固定，通过高精度螺纹副的调节，使上层玻璃与下层玻璃形成劈尖。本方法首先确定光学劈尖装置中劈尖的角度θ，然后将测定待测溶液注入到劈尖装置中，测定其在设定波长下的红外吸收系数k_s。本方法只需关注光学劈尖的相对坐标，即可完成对光学劈尖角度的标定和待测溶液红外吸收系数的测量。本光学劈尖装置为分体式设计，方便进行上层玻璃和下层玻璃的组装、调整与清洗，极大地提高光学劈尖装置在实际使用中的灵活性。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种光学劈尖装置及测量溶液红外吸收系数的方法。

背景技术

物质对光的吸收系数是一个十分重要的物理量，它被广泛地应用于基于吸收光谱的物质浓度和温度测量、信号传输与衰减控制、定向能量传输等多个领域。具体来说，当某一波长的光在一均匀物质中传播时，光的强度会由于该物质对光的吸收而随光程长度不断衰减，这种光的吸收服从比尔-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)：

其中，λ为所述光的波长，L为所述光在该物质中的光程长度，I₀和I_t分别为入射光和出射光的光强，τ(λ)为所述光穿过该物质后的透射率，k(λ)即为该物质针对于所述波长的光的吸收系数。目前绝大多数基于吸收光谱的应用都是针对波长在红外波段的光波，此时k(λ)被称为红外吸收系数。物质的吸收系数的大小取决于该物质的种类、浓度、温度、压强以及被吸收光的波长等多种影响因素。对于气体的红外吸收系数，在气体密度较低的情况下，存在相关的理论公式可以进行较为精确的计算。但对于较稠密的气体，理论计算变得复杂而且准确度降低。对于液体而言，由于液体分子间距较小，分子间相互作用强烈，目前对液体(尤其是复杂组分溶液)的红外吸收系数进行准确的理论计算尚不可行，因此通常需要采用实验的方法进行测定。

傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)是一种目前最常被用来测定物质红外吸收系数的仪器，但是傅里叶变换红外光谱仪通常只能给出定性的红外吸收系数的变化，而非定量的吸收系数值。如果想利用傅里叶变换红外光谱仪定量测量液体的红外吸收系数，则必须具备一组已知精确光程长度的液体样品池。通过上述的比尔-朗伯定律可以看出，如果想要通过高数据质量(也即不是非常大或是非常小)的光强透射率来准确测量出溶液的红外吸收系数，那么液体池的光程长度就需要与此时的红外吸收系数相互匹配。具体来说，如果此时溶液的红外吸收系数较小，那么液体池的光程长度就需要较大；如果此时溶液的红外吸收系数较大，那么液体池的光程长度就需要较小。当待测溶液在待测红外波长下的红外吸收系数非常强，那么此时甚至需要具备一组微米量级(小于10微米)的已知精确光程长度的液体池，这显然是非常难做到的。因此傅里叶变换红外光谱仪很难满足准确测定溶液的强红外吸收系数的目标。

发明内容

本发明的目的是提出一种光学劈尖装置及测量溶液红外吸收系数的方法，对已有技术中测量溶液强红外吸收系数时需要具备一组微米量级(小于10微米)的已知精确光程长度液体池的不足进行改进，以实现仅通过对注有待测溶液的光学劈尖进行红外激光空间扫描的方式便可测量出溶液红外吸收系数的目的，尤其适用于红外吸收系数很强的波段的测量。

本发明提出的光学劈尖装置，包括上板、中板、下板、上层玻璃和下层玻璃；所述的上板的一侧开有凹槽，所述的上层玻璃插入上板的凹槽内，所述的下板的与上板的相同侧开有凹槽，所述的下层玻璃插入下板的凹槽内；所述的上板、中板和下板自上而下相互排列，上板与中板之间通过紧固弹簧相互紧固；中板与下板之间通过紧固螺栓相对固定，上板与中板通过三组高精度螺纹副调节上板与中板之间的距离，使上板的上层玻璃与下板的下层玻璃形成劈尖。

本发明提出的测量溶液红外吸收系数的方法，包括以下步骤：