专利名称：散射物质多维光谱测量装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种光谱分析系统，尤其是涉及一种用于浑浊散射物质成分分析的散射物质多维光谱测量装置与方法。
背景技术：
光谱分析是研究物质结构的重要手段之一，主要包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、紫外可见吸收光谱、近红外光谱，以及各种动态光谱与其它手段的相互结合。其中，近红 外光谱以其速度快、不破坏样品、操作简单、稳定性好、效率高等特点，已广泛应用于各个领 域。由于光学、计算机数据处理技术、化学光度理论和方法等各种科学技术的不断发展，光 谱分析方法已应用在制药、烟草、食品、聚合物、纺织品、油漆涂料、煤炭和石油工业等领域， 测定的成分也越来越多，测量精度也越来越高。多光程长光谱测量方法把物质散射造成的非线性引入，利用不同光程长的样本的 等效吸收系数不同，不同光程长测得的光谱互不相关的光谱非线性特性，理论上使用多光 程长光谱同时参与建模可以提供更多样本成分含量的信息，能够比单一光程长光谱建模得 到更优的模型性能。二维相关技术的应用范围从核磁扩展到红外、近红外、拉曼、荧光等谱学技术中， 广义二维相关光谱技术目前逐渐成为光谱分析中广泛应用的研究方法。在二维相关光谱技 术中，由一定形式的微扰作用在样品体系上使样品激发，通过测定一系列的振动动态光谱， 并利用数学相关分析得到二维相关谱图。外扰形式多种多样，从简单的正弦波、脉冲波、到 随机的噪声或静态的物理变化都可应用于外扰。广义二维相关技术的应用将光谱信号扩展 到第二维上，提高了光谱分辨率，简化了含多重重叠峰的复杂光谱，并能通过提供各信号峰 之间变化的相关关系，鉴别和研究分子内和分子间的相互作用。

发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种散射物质多维光谱测量装置与方法。本发明 能充分利用物质的散射特性及二维相关光谱技术，通过改变光源与出射光导出装置相对位 置从而得到多光程长透射光谱的分布，并在被测物上加入物理扰动，获得被测物质多维的 光谱信息，从而提高被测物组分含量分析精度，有机、高效、低成本地拾取多种光谱信息。为了解决上述技术问题，本发明散射物质多维光谱测量装置予以实现的一种技术 方案是，该装置包括光源、样品池、出射光检测器和扰动装置，所述光源的入射位置是固定 的，所述样品池位置是固定的、且截面为方形；所述出射光检测器是可移动的，所述光源射 出并经样品池到出射光检测器所形成的光路是变化的；所述扰动装置为一用于对被测物施 加物理扰动的物理扰动装置。本发明散射物质多维光谱测量装置予以实现的另一种技术方案是，包括光源、样 品池、出射光导出装置、出射光检测器和扰动装置，所述光源的入射位置是固定的，所述样 品池位置是固定的、且截面为方形；所述出射光导出装置是可移动的，所述光源射出并经样品池和出射光导出装置所形成的光路是变化的；所述扰动装置为一用于对被测物施加物理 扰动的物理扰动装置。本发明散射物质多维光谱测量方法，利用上述两种中的一种散射物质多维光谱测 量装置进行测量，光源直接照射或经光纤、狭缝或小孔导入样品池后，将所述出射光检测器 (或出射光检测器)沿水平方向或竖直方向移动，并利用出射光检测器采集出射光斑半径 上的光谱，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，以获得被测物质分布式的不相关 的非线性光谱信息；同时，利用所述扰动装置对被测物体施加电、热、磁、声音或机械扰动信 号，以得到光程长和物理扰动信号为变量的被测物的多维光谱信息，进而提供更丰富的物 质含量信息，提高对被测物物质成分的分析精度。与现有技术相比，本发明的有益效果是由于本发明光谱测量采用的是可移动的出射光接收位置，出射光检测器为光谱检 测器或光谱成像装置，利用出射光检测器与光源相对位置(如果设置了出射光导出装置， 则是利用出射光导出装置与光源相对位置)的改变带来光程长的变化，进而获得多光程长 的非线性光谱；同时，本发明还对被测物体施加物理扰动信号，获得被测物在不同物理条件 下的分布式的多维光谱信息，可使被检测物质组分含量分析精度提高。


图1是使用本发明散射物质多维光谱测量装置进行多维光谱测量的示意图；图2是本发明多维光谱测量一实施例的示意图；图3是本发明多维光谱测量另一实施例的示意图。上述附图中附图标记说明1——光源导入装置 2——样品池 3——出射光导出装置5——光谱成像装置 4——扰动装置
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施方式
作进一步详细地描述。如图1所示，本发明散射物质多维光谱测量装置，包括光源、光源导入装置1、一个 截面为方形的样品池2、出射光导出装置3、出射光检测装置和扰动装置4，该光源导入装置 1和样品池3的位置是固定的，而出射光导出装置3的位置是可移动的，以此，实现光路的变 化。若在光源与样品池之间没有设置光源导入装置1，则光源直接照射样品池2，设置有光 源导入装置1，则光源经光纤、狭缝、小孔导入样品池。出射光经出射光导出装置3后由光谱 检测器或光谱成像装置接收，所述光谱检测器或光谱成像装置响应的波段包括紫外、可见、 红外中一种或几种波段的组合。本发明多维光谱测量装置的扰动装置4是一物理扰动装 置，能依据需要对被测物施加诸如电、热、磁、声音、机械等扰动。本发明散射物质多维光谱测量方法中，通过对出射光检测器的位置(若设置有出 射光导出装置3，则对该出射光导出装置的位置)进行水平方向或竖直方向的移动，出射光 检测器采集出射光斑半径上的光谱，通过出射光检测器与光源和样品池2相对位置(若设 置有出射光导出装置3，则是通过出射光导出装置3与光源和样品池2相对位置)的改变形 成光路的变化，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，从而获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息。同时，物理扰动装置4对被测物体施加扰动信号，进而得到光程 长和物理扰动信号为变量的被测物的多维光谱信息，进而提供更丰富的物质含量信息，提 高物质成分分析精度。实施例1如图2所示，光源由光纤构成的光源导入装置1导入，从已加入被测散射物质的样品池2的一个侧面入射，其入射位置是固定的，出射光由一可移动的光纤探头构成的出射 光导出装置3导出，并传至作为出射光检测器的光谱检测器接收。测量过程中，入射光位置 固定，而出射光纤探头沿出射光斑的半径进行直线扫描，由此得到此入射光位置的出射光 谱的分布。温控装置作为扰动装置4，测量以温度为外加扰动，在完成一次出射光斑半径光 谱扫描后，由温控装置改变被测物温度，进行下一次出射光斑半径光谱扫描，直至完成所有 设定温度下的出射光谱分布测量。实施例2如图3所示，光源由光纤1导入，从已加入被测散射物质的样品池2的一个侧面入 射，出射光由作为出射光检测器的光谱成像装置5接收。测量过程中，入射光位置固定，由 光谱成像装置5采集出射光斑沿半径的光谱分布。温控装置作为扰动装置4，测量以温度为 外加扰动，在完成一次出射光斑半径光谱采集后，由温控装置改变被测物温度，进行下一次 出射光斑半径光谱采集，直至完成所有设定温度下的出射光谱分布测量。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方 式，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发 明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保 护之内。
权利要求
一种散射物质多维光谱测量装置，包括光源、样品池、出射光检测器和扰动装置，其特征在于所述光源的入射位置是固定的，所述样品池位置是固定的、且截面为方形；所述出射光检测器是可移动的，所述光源射出并经样品池到出射光检测器所形成的光路是变化的；所述扰动装置为一用于对被测物施加物理扰动的物理扰动装置。
2.根据权利要求1所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述光源与所述样 品池之间设置有光源导入装置，所述光源导入装置为光纤或光栅，所述光源经光纤或光栅 的狭缝或小孔导入样品池。
3.根据权利要求1所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述出射光检测器 为一光谱检测器或一光谱成像装置，所述光谱检测器或光谱成像装置响应的波段包括紫 夕卜、可见、红外中一种或几种波段的组合。
4.根据权利要求1所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述扰动装置采用 电、热、磁、声音或机械扰动方式。
5.一种散射物质多维光谱测量方法，其特征在于利用如权利要求1所述的多维光谱 测量装置进行测量，光源直接照射或经光纤、狭缝或小孔导入样品池后，将出射光检测器沿 水平方向或竖直方向移动，并利用出射光检测器采集出射光斑半径上的光谱，实现多光程 长的互不相关的非线性光谱测量，以获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息；同 时，利用所述扰动装置对被测物体施加电、热、磁、声音或机械扰动信号，以得到光程长和物 理扰动信号为变量的被测物的多维光谱信息，进而提供更丰富的物质含量信息，提高对被 测物物质成分的分析精度。
6.一种散射物质多维光谱测量装置，包括光源、样品池、出射光导出装置、出射光检测 器和扰动装置，其特征在于所述光源的入射位置是固定的，所述样品池位置是固定的、且 截面为方形；所述出射光导出装置是可移动的，所述光源射出并经样品池和出射光导出装 置所形成的光路是变化的；所述扰动装置为一用于对被测物施加物理扰动的物理扰动装 置。
7.根据权利要求6所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述光源与所述样 品池之间设置有光源导入装置，所述光源导入装置为光纤或光栅，所述光源经光纤或光栅 的狭缝或小孔导入样品池。
8.根据权利要求6所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述出射光检测器 为一光谱检测器或一光谱成像装置，所述光谱检测器或光谱成像装置响应的波段包括紫 夕卜、可见、红外中一种或几种波段的组合。
9.根据权利要求6所述散射物质多维光谱测量装置，其特征在于所述扰动装置采用 电、热、磁、声音或机械扰动方式。
10.一种散射物质多维光谱测量方法，其特征在于利用如权利要求6所述的多维光谱 测量装置进行测量，光源直接照射或经光纤、狭缝或小孔导入样品池后，将出射光导出装置 沿水平方向或竖直方向移动，并利用出射光检测器采集出射光斑半径上的光谱，实现多光 程长的互不相关的非线性光谱测量，以获得被测物质分布式的不相关的非线性光谱信息； 同时，利用所述扰动装置对被测物体施加电、热、磁、声音或机械扰动信号，以得到光程长和 物理扰动信号为变量的被测物的多维光谱信息，进而提供更丰富的物质含量信息，提高对 被测物物质成分的分析精度。
全文摘要
本发明公开了一种散射物质多维光谱测量装置，该测量装置包括光源、样品池、出射光检测器和物理扰动装置，所述光源的入射位置固定，所述样品池截面为方形且位置固定，出射光导出装置的位置是可移动的，进而改变样品池、光源和出射光检测器形成的光路，扰动装置可对被测物施加物理扰动。同时，本发明还公开了一种散射物质多维光谱测量方法，通过对所述出射光检测器的位置进行水平方向和竖直方向的移动，采集出射光斑半径光谱分布，实现多光程长的互不相关的非线性光谱测量，同时，本发明对被测物体施加物理扰动信号，进而得到光程长和物理扰动信号为变量的被测物的多维光谱信息，进而提供更丰富的物质含量信息，提高物质成分分析精度。
文档编号G01N21/01GK101813623SQ20101015229
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者李刚, 林凌, 王慧泉, 赵喆 申请人:天津大学