一种大孔径的长光程样品池转让专利
申请号 : CN200910193624.9
文献号 : CN101701905A
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 孙兆华 , 李彩 , 曹文熙
申请人 : 中国科学院南海海洋研究所
摘要 :
本发明公开一种大孔径的长光程样品池，其包括两石英光纤、两光液耦合器、一液芯波导管及两进样水管，第一石英光纤连接到第一光液耦合器的第一接头，第一水管连接到第一光液耦合器的第二接头，第一光液耦合器第三接头连接液芯波导管的一端，液芯波导管另一端连接第二光液耦合器第三接头，第二水管连接到第二光液耦合器第二接头，第二石英光纤连接到第二光液耦合器的第一接头，液芯波导管内径800μm≤r1≤2000μm，水管内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，石英光纤的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器将来自石英光纤的光信号与来自水管的溶液进行耦合。本发明能有效满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求。
权利要求 :
1.一种大孔径的长光程样品池，其特征在于，包括两条石英光纤、两个光液耦合器、一条液芯波导管及两条进样水管，第一石英光纤(1)连接到第一光液耦合器(2)的第一接头(21)，第一水管(6)连接到第一光液耦合器(2)的第二接头(22)，第一光液耦合器(2)的第三接头(23)连接液芯波导管(3)的一端，液芯波导管(3)的另一端连接第二光液耦合器(4)的第三接头(43)，第二水管(7)连接到第二光液耦合器(4)的第二接头(42)，第二石英光纤(5)连接到第二光液耦合器(4)的第一接头(41)，其中，液芯波导管(3)的内径800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管(6、7)的内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纤(1、5)的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器(2、4)将来自石英光纤(1、5)的光信号与来自水管(6、7)的溶液进行耦合。
2.根据权利要求1所述的大孔径的长光程样品池，其特征在于：该第一、第二光液耦合器的第一接头与第三接头同轴，第二接头与第一、第三接头轴向垂直。
3.根据权利要求2所述的大孔径的长光程样品池，其特征在于：第一、第二光液耦合器(2、4)各接头内均设有用于水密封的O型密封圈。
4.根据权利要求2所述的大孔径的长光程样品池，其特征在于：液芯波导管(3)的长度3cm≤L≤500cm。
5.根据权利要求1所述的大孔径的长光程样品池，其特征在于：第一、第二石英光纤(1、5)分别通过一陶瓷插针(11)插设于第一、第二光液耦合器(2、4)的第一接头内，且陶瓷插针(11)前端面和液芯波导管(3)前端面之间的距离在20-1000微米的范围内可调。
6.根据权利要求1所述的大孔径的长光程样品池，其特征在于：该光液耦合器(2、4)的各接头为中空固定螺丝构成。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种大孔径的长光程样品池。
背景技术
采用液芯波导系统进行光谱研究的基本方法是将待测溶液样品按照一定的流速以动态流动方式泵入一根直径为50至数百微米、长度1至数米的微型波导管内。当入射激光进入波导管后，由于波导管材料的折射率比液体样品的折射率小，使得激光能在液体与波导管界面上产生内部全反射，激发光能在液芯波导内经多次反射而不会从波导管管壁透射，于是进入波导管内的激发光能一直沿波导管往前传输，直至从波导管的另一端输出。传统的光度测量方法中使用的检测池，长度仅为1cm、5cm或10cm，因此，将液芯波导管作为检测池应用于光谱研究中，待测样品的需求量很小，而且可获得特别长的有效光程，这种特长的有效光程可以显著提高光谱信号强度和探测极限。在理想情况下，检测灵敏度与有效光程的长度成比例，从而可使得拉曼光谱、荧光光谱等光学检测方法的灵敏度得到大大提高。
如何设计性能优良的长光程水样检测池是仪器分析领域关注的焦点问题，尤其体现在水样的痕量分析领域。
1989年，杜邦公司推出了一种非晶态的全氟代-2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯与聚四氟乙烯共聚物，称为Teflon AF(目前有两个品种，折射率为1.31的Teflon AF1600和折射率为1.29的Teflon AF2400)。这一发明为设计长光程的检测池提供了可能。以Teflon AF制作的空心毛细管，也称为液芯波导管，目前有两种型号，称为一型液芯波导和二型液芯波导。对于一型液芯波导，即由Teflon AF2400制作的空心毛细管，当管内充满水溶液时，由于Teflon AF2400的折射率小于水的折射率(约1.33)，光线从一端入射，一定立体角内的入射光可在Teflon AF2400毛细管与水的交界面发生全反射，从而将光线束缚在毛细管内传播，见附图1(a)；对于二型液芯波导，即在石英毛细管外镀一层TeflonAF2400材料的毛细管，当管内充满水溶液时，光线从一端入射，一定立体角内的入射光可在Teflon AF2400镀层和石英毛细管的交界面发生全反射，从而将光线束缚在毛细管内传播，见附图1(b)。总之无论一型液芯波导或是二型液芯波导，都可将光线束缚在毛细管内传播，而利用这一特性，就可以设计出长光程的检测池。
目前基于液芯波导管制作的长光程检测池，虽然大幅度提高了检测光程，但是由于液芯波导管本身孔径较小(约几百微米)，以及所使用光液耦合方式的局限，导致这类长光程样品池都存在进样孔径较小的问题。目前代表产品为WPI(World Precision Instruments，Inc.)公司设计的LWCC(Liquid-waveguidecapillary flow cell)长光程样品池，其基于内径为550微米的二型液芯波导管设计，由于所使用光液耦合方式的局限，其标称的进样孔径仅为20微米，也就是说，所需测量的溶液只有经过孔径为20微米的过滤器过滤后，才能进入LWCC长光程检测池进行测量，否则就可能会堵塞LWCC长光程检测池。附图2所示为LWCC长光程检测池的光液耦合原理图，其中包括光纤8，液芯波导9，硅管10。可见，目前的基于液芯波导的长光程样品池，由于其进样孔径过小，根本无法满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求。
如何设计性能优良的长光程水样检测池是仪器分析领域关注的焦点问题，尤其体现在水样的痕量分析领域。
1989年，杜邦公司推出了一种非晶态的全氟代-2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯与聚四氟乙烯共聚物，称为Teflon AF(目前有两个品种，折射率为1.31的Teflon AF1600和折射率为1.29的Teflon AF2400)。这一发明为设计长光程的检测池提供了可能。以Teflon AF制作的空心毛细管，也称为液芯波导管，目前有两种型号，称为一型液芯波导和二型液芯波导。对于一型液芯波导，即由Teflon AF2400制作的空心毛细管，当管内充满水溶液时，由于Teflon AF2400的折射率小于水的折射率(约1.33)，光线从一端入射，一定立体角内的入射光可在Teflon AF2400毛细管与水的交界面发生全反射，从而将光线束缚在毛细管内传播，见附图1(a)；对于二型液芯波导，即在石英毛细管外镀一层TeflonAF2400材料的毛细管，当管内充满水溶液时，光线从一端入射，一定立体角内的入射光可在Teflon AF2400镀层和石英毛细管的交界面发生全反射，从而将光线束缚在毛细管内传播，见附图1(b)。总之无论一型液芯波导或是二型液芯波导，都可将光线束缚在毛细管内传播，而利用这一特性，就可以设计出长光程的检测池。
目前基于液芯波导管制作的长光程检测池，虽然大幅度提高了检测光程，但是由于液芯波导管本身孔径较小(约几百微米)，以及所使用光液耦合方式的局限，导致这类长光程样品池都存在进样孔径较小的问题。目前代表产品为WPI(World Precision Instruments，Inc.)公司设计的LWCC(Liquid-waveguidecapillary flow cell)长光程样品池，其基于内径为550微米的二型液芯波导管设计，由于所使用光液耦合方式的局限，其标称的进样孔径仅为20微米，也就是说，所需测量的溶液只有经过孔径为20微米的过滤器过滤后，才能进入LWCC长光程检测池进行测量，否则就可能会堵塞LWCC长光程检测池。附图2所示为LWCC长光程检测池的光液耦合原理图，其中包括光纤8，液芯波导9，硅管10。可见，目前的基于液芯波导的长光程样品池，由于其进样孔径过小，根本无法满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求的大孔径的长光程样品池。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种大孔径的长光程样品池，其包括两条石英光纤、两个光液耦合器、一条液芯波导管及两条进样水管，第一石英光纤连接到第一光液耦合器的第一接头，第一水管连接到第一光液耦合器的第二接头，第一光液耦合器的第三接头连接液芯波导管的一端，液芯波导管的另一端连接第二光液耦合器的第三接头，第二水管连接到第二光液耦合器的第二接头，第二石英光纤连接到第二光液耦合器的第一接头，其中，液芯波导管的内径800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管的内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纤的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器将来自石英光纤的光信号与来自水管的溶液进行耦合。
该第一、第二光液耦合器的第一接头与第三接头同轴，第二接头与第一、第三接头轴向垂直。
第一、第二光液耦合器各接头内均设有用于水密封的O型密封圈。
液芯波导管的长度3cm≤L≤500cm。
第一、第二石英光纤分别通过一陶瓷插针插设于第一、第二光液耦合器的第一接头内，且陶瓷插针前端面和液芯波导管前端面之间的距离在20-1000微米的范围内可调。
该光液耦合器的各接头为中空固定螺丝构成。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：本发明大幅提高长光程检测池的进样孔径，含有粒径小于950微米悬浮粒子的溶液可不经过滤，直接进入本发明的检测池检测，满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种大孔径的长光程样品池，其包括两条石英光纤、两个光液耦合器、一条液芯波导管及两条进样水管，第一石英光纤连接到第一光液耦合器的第一接头，第一水管连接到第一光液耦合器的第二接头，第一光液耦合器的第三接头连接液芯波导管的一端，液芯波导管的另一端连接第二光液耦合器的第三接头，第二水管连接到第二光液耦合器的第二接头，第二石英光纤连接到第二光液耦合器的第一接头，其中，液芯波导管的内径800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管的内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纤的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器将来自石英光纤的光信号与来自水管的溶液进行耦合。
该第一、第二光液耦合器的第一接头与第三接头同轴，第二接头与第一、第三接头轴向垂直。
第一、第二光液耦合器各接头内均设有用于水密封的O型密封圈。
液芯波导管的长度3cm≤L≤500cm。
第一、第二石英光纤分别通过一陶瓷插针插设于第一、第二光液耦合器的第一接头内，且陶瓷插针前端面和液芯波导管前端面之间的距离在20-1000微米的范围内可调。
该光液耦合器的各接头为中空固定螺丝构成。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：本发明大幅提高长光程检测池的进样孔径，含有粒径小于950微米悬浮粒子的溶液可不经过滤，直接进入本发明的检测池检测，满足悬浮有大粒子的溶液的分析测量需求。
附图说明
图1(a)为一型液芯波导管结构示意图；
图1(b)为二型液芯波导管结构示意图；
图2为LWCC长光程检测池的光液耦合原理图；
图3为本发明实例的安装原理图；
图4(a)为本发明实例的光液耦合器的原理图；
图4(b)为图4(a)中A部分的放大示意图。
图1(b)为二型液芯波导管结构示意图；
图2为LWCC长光程检测池的光液耦合原理图；
图3为本发明实例的安装原理图；
图4(a)为本发明实例的光液耦合器的原理图；
图4(b)为图4(a)中A部分的放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图3所示，一种大孔径的长光程样品池，其包括两条石英光纤、两个光液耦合器、一条液芯波导管及两条进样水管，第一石英光纤1连接到第一光液耦合器2的第一接头21，第一水管6连接到第一光液耦合器2的第二接头22，第一光液耦合器2的第三接头23连接液芯波导管3的一端，液芯波导管3的另一端连接第二光液耦合器4的第三接头43，第二水管7连接到第二光液耦合器4的第二接头42，第二石英光纤5连接到第二光液耦合器4的第一接头41，其中，芯波导管的内径800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管的内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纤的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器将来自石英光纤的光信号与来自水管的溶液进行耦合。
第一光液耦合器2将来自第一石英光纤1的光信号与来自第一水管6的进样溶液进行耦合，进样溶液进入液芯波导管3，光信号经过液芯波导管3的传输后从第二石英光纤5输出至光谱仪，进样溶液从第二水管7输出。
本发明的结构为对称结构，光信号可以从第一或第二石英光纤进入，进样溶液也可以从第一或第二水管进入。
如图4a、4b所示，该第一、第二光液耦合器的第一接头与第三接头同轴，第二接头与第一、第三接头轴向垂直。
第一、第二光液耦合器各接头内均设有用于水密封的O型密封圈。
液芯波导管3的长度3cm≤L≤500cm。
第一、第二石英光纤1、5分别通过一陶瓷插针11插设于第一、第二光液耦合器的第一接头内，且陶瓷插针11前端面和液芯波导管前端面之间的距离在20-1000微米的范围内可调。
该光液耦合器2、4的各接头为中空固定螺丝构成。
本实施例中，石英光纤1、5均采用长度1m，纤芯直径为600微米，陶瓷插针，接头SMA905的石英光纤；液芯波导管3采用一型液芯波导管，内径为1000微米，外径为1200微米，长度为30厘米；第一、第二水管6、7采用1mm内径1.5mm外径的硅胶硬管；连接后，石英光纤的陶瓷插针前端面和液芯波导管3前端面之间的距离调节为1000微米。
如图3所示，一种大孔径的长光程样品池，其包括两条石英光纤、两个光液耦合器、一条液芯波导管及两条进样水管，第一石英光纤1连接到第一光液耦合器2的第一接头21，第一水管6连接到第一光液耦合器2的第二接头22，第一光液耦合器2的第三接头23连接液芯波导管3的一端，液芯波导管3的另一端连接第二光液耦合器4的第三接头43，第二水管7连接到第二光液耦合器4的第二接头42，第二石英光纤5连接到第二光液耦合器4的第一接头41，其中，芯波导管的内径800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管的内径均为0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纤的纤芯直径400μm≤d≤1000μm，光液耦合器将来自石英光纤的光信号与来自水管的溶液进行耦合。
第一光液耦合器2将来自第一石英光纤1的光信号与来自第一水管6的进样溶液进行耦合，进样溶液进入液芯波导管3，光信号经过液芯波导管3的传输后从第二石英光纤5输出至光谱仪，进样溶液从第二水管7输出。
本发明的结构为对称结构，光信号可以从第一或第二石英光纤进入，进样溶液也可以从第一或第二水管进入。
如图4a、4b所示，该第一、第二光液耦合器的第一接头与第三接头同轴，第二接头与第一、第三接头轴向垂直。
第一、第二光液耦合器各接头内均设有用于水密封的O型密封圈。
液芯波导管3的长度3cm≤L≤500cm。
第一、第二石英光纤1、5分别通过一陶瓷插针11插设于第一、第二光液耦合器的第一接头内，且陶瓷插针11前端面和液芯波导管前端面之间的距离在20-1000微米的范围内可调。
该光液耦合器2、4的各接头为中空固定螺丝构成。
本实施例中，石英光纤1、5均采用长度1m，纤芯直径为600微米，陶瓷插针，接头SMA905的石英光纤；液芯波导管3采用一型液芯波导管，内径为1000微米，外径为1200微米，长度为30厘米；第一、第二水管6、7采用1mm内径1.5mm外径的硅胶硬管；连接后，石英光纤的陶瓷插针前端面和液芯波导管3前端面之间的距离调节为1000微米。