[发明专利]双光程调制透射和荧光激发光源测量复杂溶液成分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱复杂溶液浓度分析化学计量领域，尤其涉及一种双光程调制透射和荧 光激发光源测量复杂溶液成分的方法。

背景技术

现有技术中，较为成熟的方式是通过化学检验来检测包装袋中复杂溶液成分的含量， 具有准确性高的突出优点，但化学检验的方式无法满足快速、非接触、以及无污染的需求， 光谱测量由于其非接触、无污染的特性也有可能实现包装袋内复杂溶液所测目标成分的含 量检测。

在透射光谱检测中，根据朗伯-比尔定律：分别测量各个波长的入射光强I₀和出射光强 I，通过公式(1)计算各个波长的吸光度A。∈为物质在某一波长下吸光系数，c为物质 的浓度，b为光程长度。

实际上，由于种种原因未能测量入射光强I₀，例如：入射光强I₀太强而难以测量，但 如果在入射光强I₀基本稳定不变的情况下，只测量出射光强I也可以得到不错的结果。然 而透射光谱检测由于光谱背景噪声的影响、光源变化的影响以及测量容器的影响难以达到 测量需要的精度。

光源的影响主要表现为光谱分布和光强的变化。导致光源变化的原因有很多，如光源 电压变化、灯丝老化或环境温度变化等。在光谱分析中，鲜有文献介绍光源对测量精度的 影响，以及减小光源强度变化对测量精度影响的方法。在早前的研究中，用定标的方式来 消除一些干扰，如用水来定标，但是由于光强过强，实际中难以操作。也有很多学者利用 中性衰减片或光纤分光方式测量入射光强I₀。以中性衰减片为例(下面的讨论除非特别说 明，均在某个波长上讨论)，测量通过中性衰减片的出射光强Iⁿ，则光源的光强I₀ⁿ可以用 吸光度A和出射光强Iⁿ来表示：

然后将被测样品替换中性衰减片，测出样品的出射光强I^S：

注意到所以

式(4)的最终结果中没有(也即)出现，说明光源的强度(及其光谱)不会 影响对样品的测量，只要所有的测量都采用同一中性衰减片校准，即保持lgIⁿ+Aⁿ为恒定 常数。

但不同场合很难找到完全一样的中性衰减片，且很难保证样品与中性衰减片的位置一 致，给测量增加了难度难以保证测量精度。

针对复杂溶液的复杂性，单纯的透射光谱针对性较差，为进一步提高复杂溶液成分的 测量精度，结合荧光针对性强的特点，但受到荧光激发光强、光程长和所测成分浓度的影 响，导致荧光会有严重的自吸收问题，从而导致得到的荧光光谱具有很强的非线性，不能 很好的反应所测物质的特征，同时传统的荧光光谱无法完全消除光谱背景噪声的影响。

发明内容

本发明提供了一种双光程调制透射和荧光激发光源测量复杂溶液成分的方法，所述方 法增加了受激发物质的信息量，不仅消除了光谱背景噪声、透射光源变化和袋状容器带来 的影响，且测量针对性强，极大抑制了光谱的非线性影响，提高了复杂溶液所测成分含量 分析的精度。实现了快速、无污染的袋装复杂溶液成分的测量，可操作性强。详见下文描 述：

一种双光程调制透射和荧光激发光源测量复杂溶液成分的方法，所述方法包括以下步 骤：

光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋且同轴，调制装置调制光源使 其发出方波光信号，光源包括透射光源和荧光激发光源，透射光源对包装袋内的复杂溶液 进行透射，荧光激发光源激发复杂溶液产生荧光，光谱接收装置采集透射光谱和荧光光谱；

位移平台在保证透射光源和荧光激发光源出光光口和光谱接收装置入射狭缝同轴前 提下，控制透射光源和荧光激发光源移动，由光谱接收装置采集透射光谱和荧光光谱；

将两个位置处的透射光谱和荧光光谱分别变换到频域构造频域内透射光谱和频域内 荧光光谱，两个频域内透射光谱的各个波长下光强比值求对数得到吸收光谱，将吸收光谱 和两个频域内荧光光谱归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；

采集未知袋装复杂溶液两位置处的透射光谱和荧光光谱，将其分别变换到频域构造频 域内透射光谱和频域内荧光光谱，两个频域内透射光谱的比值求对数得到吸收光谱、将吸 收光谱和两个频域内荧光光谱归一化后带入数学模型，得到复杂溶液所测目标成分的含量；