高功率准连续波微型系统

[align=center][b][font=黑体]微型化荧光量子产率测试系统的搭建研究[/font][/b][/align][align=center][font=宋体]魏[/font][font=宋体]巍[/font], [font=宋体]李莉，朱倩倩，李军，李艳肖[/font][/align][align=center][font=宋体]江苏大学[/font][font=宋体]分析测试中心[/font], [font=宋体]江苏[/font] [font=宋体]镇江[/font] 212013[/align][b][font=黑体]摘[/font][font=黑体]要[/font]: [/b][font=宋体]通过微型化荧光量子产率测试系统的搭建，可以很好地增强弱信号荧光样品的响应，对有效解决该类样品的绝对量子产率难测定等难点，微型化的积分球系统实现了快捷简便的操作，获得液体、薄膜和粉末样品绝对量子产率的测量。首次微型化积分球，对测试系统关键部件进行设计及优化，分析了测试系统存在和误差和量子效率的影响因素，进一步完善固体荧光材料量子产率测试技术，为新型量子产率体系提供理论指导。[/font][b][font=黑体]关键词[/font]: [/b][font=宋体]荧光量子产率；微型化[/font][font=宋体]；荧光光谱；测试[/font][align=center][b]Construction of miniaturized fluorescence quantum yieldmeasurement system[/b][/align][align=center] WEI Wei, LI Li, ZHU Qian-qian, LIJun, LI Yan-xiao[/align][align=center]Analysis &Testing Center, Jiangsu University,Zhenjiang 212013, China[/align][b]Abstract:[/b]Through the establishment of theminiaturized fluorescence quantum yield test system, the response of weaksignal fluorescence samples can be well enhanced, and the difficulty ofdetermining the absolute quantum yield of such samples can be effectivelysolved. The miniaturized integrating sphere system can achieve quick and simpleoperation, and the absolute quantum yield of liquid, film and powder samplescan be measured. For the first time, the key components of the test system weredesigned and optimized, the factors affecting the existence and error of thetest system and the quantum efficiency were analyzed, and the quantum yieldtest technology of solid fluorescent materials was further improved, providingtheoretical guidance for the new quantum yield system.[b]Key words:[/b]fluorescence quantum yield microminiaturization fluorescence spectra measurement[font=宋体]众所周知，光致发光（[/font]Photoluminescence[font=宋体]），是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象。也指物质吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致荧光发光是多种形式的荧光（[/font]Fluorescence[font=宋体]）中的一种。而在现阶段光致发光材料的研究中，对荧光量子产率（[/font]Quantum Yield of Fluorescence[font=宋体]，[/font]QY[font=宋体]）的数值的准确性和重现性十分重要，因其显示光化学反应中光量子的利用率从而反映光致发光材料发光能力的重要特征。荧光技术的应用几乎涉及了生活的方方面面。材料荧光技术在工业、能源、生物医药、环境监测、军事领域等均扮演着极其重要的角色。新技术、新产品的不断涌现，对该类产品的核心参数荧光量子产率的测量也提出了越来越高的要求。[/font][font=宋体]量子产率的物理意义为单位时间（秒）内，发射二次辐射荧光的光子数与吸收激发光初级辐射光子数之比值，用来描述荧光材料发光能力。目前测量样品的荧光量子产率有两类方法：（[/font]1[font=宋体]）相对量子产率：需要一种已知量子产率的标准品作为参照，通过对标准物和样品进行吸光度和荧光的测量换算得到样品的量子产率。只适用于液体样品。（[/font]2[font=宋体]）绝对量子产率：不需要标准样品进行对比，广泛适用于液体、薄膜和粉末样品。荧光量子产率评价指标在光电器件、生物医药、传感器等研究领域有着举足轻重的分量。国外主要的荧光仪器公司均已推出商品化的绝对荧光量子产率测试系统。绝对量子产率测定法可直接对待测试样的量子产率进行测定，对荧光材料的研制有着重大的意义。[/font][font=宋体]随着我国现代化进程的发展，对各类科研分析仪器的需求与日俱增。研制国产绝对荧光量子产率测量系统，将终结这一领域长期依赖国外产品的历史，同时降低检测成本，使得更多的实验室都用得起、用得上荧光量子产率测量技术，促进我国新材料等领域更高速的发展。[/font][b]1[font=宋体]研究背景[/font]1.1[font=黑体]选题背景[/font][/b][font=宋体]近年来，我校各类学科的持续发展，共有[u]工程学[/u][/font][u]1[font=宋体]个学科进入[/font]ESI[font=宋体]全球前[/font]1[font=宋体]‰[/font][/u][font=宋体]，农业科学、化学、材料科学、临床医学、药理学与毒理学、生物学与生物化学、环境生态学、分子生物与遗传学等[/font][u]8[font=宋体]个学科进入[/font]ESI[font=宋体]全球前[/font]1%[/u][font=宋体]。其中，[/font]2021[font=宋体]年，我校环境生态学、分子生物与遗传学[/font]2[font=宋体]个学科新晋全球排名前[/font]1%[font=宋体]。特别是伴随理工和医学药学等学科发展，对于各类研究手段或检测技术提出了更高的要求，量子产率的测试需求也随之增多。目前，我校在研的国家自然科学基金项目有关量子产率要求的科研项目不在少数，[/font]2018[font=宋体]年[/font]7[font=宋体]项，[/font]2019[font=宋体]年[/font]8[font=宋体]项，[/font]2020[font=宋体]年[/font]9[font=宋体]项，平均年资助金额超过[/font]200[font=宋体]万元，特别在能源、医学等热门研究领域对该测试的需求量持续攀升，为我校高质量高影响力论文的发表提供了基础。[/font][font=宋体]与此对应的测试条件，目前全校可测试绝对量子产率的仪器仅我校分析测试中心拥有，该仪器为高级稳态瞬态荧光测量系统（[/font]QuantaMaster & TimeMasterSpectrofluorometer[font=宋体]，产品型号：[/font]QuantaMaster?40[font=宋体]）。该系统于[/font]2009[font=宋体]年购置安装运行，超过十多年的服务过程，分析测试中心的服务团队根据学校各学科的测试需求开发了激发[/font]/[font=宋体]发射光谱、上转换[/font]/[font=宋体]下转换光谱、荧光寿命、近红外荧光光谱、激光诱导荧光光谱等测试服务，该些测试手段的开发和使用也获得众多的肯定，如：[/font]2018[font=宋体]年获得[u]江苏分析测试科学技术奖[b]二等奖[/b][/u]，[/font]2019[font=宋体]年作为典型测试服务[u]入驻[/u][/font][u]“[/u][b][u][font=宋体]江苏高校分测联盟[/font][/u][/b][u]”[/u][font=宋体]。但面对不断提高的测试要求和日益发展的测试技术，也逐步发现量子产率测试中存在了亟待解决和改进的问题。[/font][b]1.2[font=黑体]拟改进的问题[/font][/b][font=宋体]绝对荧光量子产率的定义为样品发射的光子数除以样品吸收的光子数。相比相对量子产率不需要标准品，广泛适用于液体、薄膜和粉末样品。该数值为目前较为认可的量子产率测试。但测量时需要积分球附件（图[/font]1[font=宋体]）。[/font][b][font=宋体]积分球[/font][/b][font=宋体]（[/font]IntegratingSphere[font=宋体]）为内表面涂层一般是高反射性材料。样品表面各个方向的激发光或者是发射光进行积分球均匀化后从出射口出来，并进入到单色器中后被检测器检测到。多年的测试经验，研究发现该系统的量子产率测试存在如下拟解决或改进的问题：[u]（[/u][/font][u]1[font=宋体]）积分球体积过大[/font]-[font=宋体]操作复杂；（[/font]2[font=宋体]）内部材料易损伤[/font]-[font=宋体]误差较大；（[/font]3[font=宋体]）反射背景易污染[/font]-[font=宋体]数据失真。[/font][/u][align=center][img=,486,244]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310092058386226_3462_5248244_3.png!w690x346.jpg[/img][/align][align=center][b][font=宋体]图[/font]1. [font=宋体]绝对量子产率测量系统及存在的难点[/font][/b][/align][font=宋体]不难发现，积分球为该测试模块中最为核心的部件，作为测量系统中收集光的器件，光在积分球内多次漫反射。从图[/font]1[font=宋体]中可以看出该球内部的涂层为全反射材质（中心的配件为硫酸钡），且球体的直径[/font]100 mm[font=宋体]，而待测样品需要放置在球体中心位置，仅暂居球体的小部分体积，无疑增加了操作过程的复杂度和清洁的难度。在实际操作过程中，对液体样品来说，采用石英比色皿，只需保证液体体积和浓度在可测试范围内，多次测试扣除背景也能够获得比较可信的数据。但相比溶液样品，准确测定固体样品量子产率的难度要大。因固体样品槽和积分球本身对光都有吸收，尤其是紫外段，因此量子产率测定肯定会有误差。且内部镀层易年份已经也较易在使用过程受到损伤（硫酸钡被剥落），使用的反射背景也很易受到外部环境污染，造成数据失真等问题。目前，积分球的体积和材质造成绝对量子产率测定中存在难以避免的误差：样品槽、积分球都会吸收光，造成量子产率测定的不准确性；溶液吸光度不同，会显著影响量子产率测定值；积分球污染会产生不必要的荧光，致使量子产率无法测试。所以，如何解决以上问题，是绝对量子产率测定中所面临的巨大挑战。[/font][b]1.3[font=黑体]拟采取的研制方法[/font][/b][font=宋体]基于前期调研，研究团队拟采用耦合积分球测试理论与反向倍加计算理论，利用现有的高级稳态瞬态荧光测量系统，搭建微型化积分球测试系统，从而实现绝对量子产率的瞬时测定、多种形态样品的测定和高灵敏度探测等测试手段，在测量得到材料的反射率、漫透射率和准直透射率后，利用反向倍加算法得到其基本光学参数如散射系数、吸收系数和各向异性系数，并进一步优化测试方法，从而优于国际上公开的标准绝对量子产率测试方法。[/font][b][font=宋体]技术路线：[/font][/b][font=宋体]项目的具体技术路线如图[/font]2[font=宋体]所示。[/font] [img=,534,160]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310092058471471_2138_5248244_3.png!w690x206.jpg[/img][align=center][b][font=宋体]图[/font]2. [font=宋体]微型化量子产率测量系统的技术路线[/font][/b][/align][font=宋体]本项目将从量子产率的发光机理出发，基于宏观参数测量理论和基本参数计算理论等核心技术，研究内容由以下三部分组成：[/font][b][font=宋体]（[/font]1[font=宋体]）微型化积分球的可行性[/font][/b][font=宋体]积分球，能够确定量子产率而不依赖于某一项量子产率的标准。使用积分球是确定固体，粉末和薄膜材料的量子效率的唯一方法。设计新型微型积分球提供了一个简单的方法来测量绝对量子产率而无需重新配置硬件。[/font][font=宋体]通过引入半积分球原理来微型化积分球，用一面平面镜堵住半球开口，利用平面镜对称成像原理对半球实物成立一个全等的虚像，实物半球与虚像半球共同构建出一个完整的积分球，进而微型化积分球，构筑微型化的球体方便地取代了常规比色皿支架避免了样品室的光学干涉。球体的顶部部分可以拆除，将测试样品很快的放进去，而无需使用任何工具。它可以容纳常规比色皿，薄膜和粉末。这是一个用来表征发光半导体，玻璃，陶瓷和纳米材料的重要工具。[/font][b][font=宋体]（[/font]2[font=宋体]）积分球内部结构的优化设计[/font][/b][font=宋体]积分球内壁白色漫反射层的质量，对测试精度影响较大。所设计的微型积分球，其所选用的高反射涂层，采用特殊配方和特殊工艺喷涂，反射率接近[/font]100%[font=宋体]，反射率随波长变化小，具有良好的耐久性、防水性、耐辐射性。同时因激发光源和样品发射荧光的强度相差较大，在测量时既要满足最大光强不溢出，又要使样品的荧光发射强度满足测试所需的最小信噪比要求，因此对积分球内部设计如：样品与光源位置的设计，夹具的设计、内部挡板尺寸和位置的选择及积分球上用于入光和出光所开的窗口等因素等都需要进行相应的研究，从而最大程度的降低测量误差。[/font][b][font=宋体]（[/font]3[font=宋体]）耦合积分球和测试系统与优化升级[/font][/b][font=宋体]在原有的高级稳态瞬态荧光测量系统（[/font]QuantaMaster? 40[font=宋体]）的基础上，通过上述内容的研究完成微型化积分球及内部结构的优化从而借助原系统的现有功能，完成了[/font][font=宋体]微型积分球量子产率测量系统中各个部件的设计与选取，整合各个部件，搭建完整的测试系统。考虑其灵敏度、信噪比及光谱范围，对关键部件进行选取后，根据量子效率测量原理及基于积分球的量子效率测量方案从而耦合微型化积分球和测试系统的整合达到优化升级的效果。[/font][font=宋体]由于受到光源、单色器和探测器等的光谱特性的影响，由仪器直接记录的荧光光谱并不是所测量物质的真实光谱，这样的光谱被称为未校正光谱，这种光谱的形状和最大发射峰位置等与真实光谱都有一定的区别。在对物质进行荧光量子产率测量时，就必须对所使用的荧光分光光度计仪器进行光谱校正，获取物质的真实光谱，才能得出准确的荧光量子产率。[/font][b] 2 [/b][font=宋体][b]结果与分析[/b][/font][b]2.1 [font=宋体]设计思路[/font][/b][font=宋体]针对现有技术的不足，本装置搭建的目的在于提供一种基于双光路微型积分球的量子产率测试装置，有效解决了因现有积分球体积大，不便携，造成的样品难固定且易污染积分球等难题，简化绝对量子产率测试过程。[/font][font=宋体]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：提供一种用于量子产率测试的双光路微型积分球，所述积分球装置包括壳体、球体两部分，所述壳体的内部为球体，所述球体壁上开设有第一入光口、第二入光口和出光口，所述第一和第二入光口均在壳体中，且入光口均配有活塞可以关闭，所述第一入光口和第二入光口均可有光源通过，出光口与输出端连接。优选的，所述双光路积分球装置的外部大小依据配置的样品室调节，壳体为黑色航空铝合金箱体。优选的，所述的入光口对准积分球中心样品槽。优选的，所述的积分球表面喷砂氧化黑，内壁均设有漫反射材料层。进一步的，所述漫反射材料层可为硫酸钡涂层或聚四氟乙烯涂层。（图[/font]3[font=宋体]中，[/font]1[font=宋体]、样品架，[/font]2[font=宋体]、出光口，[/font]3[font=宋体]、第一入光口，[/font]4[font=宋体]、第二入光口。）[/font][align=center][img=,214,217]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310092059144920_587_5248244_3.png!w335x302.jpg[/img][/align][align=center][b][font=宋体]图[/font]3. [font=宋体]基于双光路微型积分球的量子产量测试装置的整体俯视示意图[/font][/b][/align][b]2.2 [font=宋体]实物图[/font][/b][font=宋体]针对现有技术的不足，本装置搭建的目的在于提供一种基于双光路微型积分球的量子产率测试装置，有效解决了因现有积分球体积大，不便携，造成的样品难固定且易污染积分球等难题，简化绝对量子产率测试过程。原有的高级稳态瞬态荧光测量系统（[/font]QuantaMaster? 40[font=宋体]）的基础上，设定图（图[/font]4[font=宋体]左），实物图（图[/font]4[font=宋体]右）。依照原有测试系统的内部格局进行了相关参数的限定，引入可调节底座，更好的符合原有系统的升级。[/font] [font=宋体]对现有参数）积分球内部结构的优化设计，进行三维建模，实际内部图和模型图如图[/font]5[font=宋体]所示：[/font][align=center][b][img=,298,166]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310092059207524_4542_5248244_3.png!w453x246.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][font=宋体]图[/font]4. [font=宋体]微型化积分球的实物设计图（左）和实物图（右）[/font][/b][/align][align=center][b][img=,280,212]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310092059260612_4504_5248244_3.png!w425x307.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][font=宋体]图[/font]5. [font=宋体]微型积分球的内部实物图（左）和三维建模图（右）[/font][/b][/align][b][font=宋体]（[/font]1[font=宋体]）主要功能[/font][/b][font=宋体]测试发光材料的[b]绝对量子产率[/b]（量子效率[/font]=[font=宋体]样品发射出的光子数[/font]/[font=宋体]样品吸收的光子数），样品（固体、液体、粉末及薄膜）被放置在[b]微型化积分球[/b]（相当于样品腔）内，氙灯发射出的连续光谱经过单色仪分光后再通过光纤引入到积分球内的样品上，荧光样品受激发后会发出荧光，荧光光谱通过光纤被后端的光谱探测系统接收，可实现高灵敏度的多波长实时测量。[/font][b][font=宋体]（[/font]2[font=宋体]）技术参数、指标要求[/font][/b][font=宋体]微型化量子产率测试系统主要技术参数、指标要求：[/font][font=宋体]（[/font]a[font=宋体]）光致荧光效率测试范围：[/font]200 nm ~ 900 nm[font=宋体]；（[/font]b[font=宋体]）积分球直径＜[/font]100 mm[font=宋体]，便于安装操作；（[/font]c[font=宋体]）量子效率最小测试误差不大于[/font]1%[font=宋体]；微型化积分球便于灵活使用，结构稳定，系统无需频繁校准，满足液体、薄膜和粉末样品的绝对量子产率的多次测量。[/font][b]2.3 [font=宋体]测试过程[/font][/b][font=宋体]原则上，要做两次发射扫描。而且，在数据采集时每一次都要做激发校正和发射校正。发射校正为必要检测项是因为检测系统的量子转换效率随波长变化而不同。激发校正为选作项，因为此项是用来校正灯泡功率波动和强度漂移。[/font]1[font=宋体]）第一次样品的发射扫描必须同时记录下激发峰和所有的荧光发射峰。为了保持线性关系，初始强度必须低于[/font]1000,000counts/s[font=宋体]（在使用狭缝和楔形光闸的情况下），选择的步长精度要能解析激发峰。当激发光谱和荧光光谱有效分离时，仪器会分两部分记录光谱扫描结果。[/font]2[font=宋体]）第二次扫描激发光谱和背景曲线是在只有溶剂或缓冲液的条件下测定，作为空白对照值。[/font][b]2.4 [font=宋体]数据分析[/font][/b][font=宋体]荧光量子产率为荧光量子数与吸收量子数的比值。荧光量子数为第一次空白中曲线中全部荧光谱线的积分值。吸收量子数为激发谱线中曲线第二次样品曲线减去第一次空白曲线的面积的积分值。可通过积分软件在选择范围内积分得出两个值。“总面积”代表[/font]X[font=宋体]轴与曲线间面积的积分值。“峰面积”代表在测量范围内曲线与线性背景之间面积的积分值。在此背景下，用“峰面积”来计算比用“总面积”计算更为准确。[/font][b]3[font=宋体]结[/font][font=宋体]论[/font][/b][font=宋体]研制的国产绝对荧光量子产率测量系统，主机采用高级稳态瞬态荧光测量系统，样品光路设计采用积分球技术，光谱校正采用量子计数器和标准钨灯方式，配合荧光量子产率分析软件，可实现对物质荧光量子产率的绝对法测量。用已知量子产率的标准物质进行验证，通过实现绝对量子产率的升级和改造，增加现有仪器的新功能开发，提高仪器的完好率、利用率、降低维修率等；将新功能应用更好地应用于物理、化学、医药和材料科学等研究领域，以满足日益增长的科研测试需求，从而进一步反馈学校科研项目的发展和高质量科技成果的产出，系统的研制将对我国在绝对荧光量子产率测量方面取得重要进展。[/font][b][font=宋体]参考文献：[/font][/b][1][font=宋体]石广立[/font],[font=宋体]张恒[/font].[font=宋体]测量荧光量子产率的方法及装置[/font].CN201811115211.4[P].[2][font=宋体]王培虎[/font],[font=宋体]潘东杰[/font],[font=宋体]蔡贵民[/font].[font=宋体]一种使用积分球测量荧光量子产率的测量装置[/font]:CN201720505578.1[P].[3][font=宋体]张伟[/font],[font=宋体]邹贤劭[/font].[font=宋体]一种荧光量子产率测试仪及其测试方法[/font]:CN201910032496.3[P].[4][font=宋体]胡晓月屈泽华黄红香[/font].[font=宋体]积分球测量荧光量子产率的最优测试条件研究[/font][J].[font=宋体]中国测试[/font],2021, 47(10):59-62,74.[5][font=宋体]魏巍[/font],[font=宋体]束爽[/font],[font=宋体]寿邱杰[/font],[font=宋体]等[/font].[font=宋体]一种基于双光路微型积分球的量子产率测试装置[/font]:202310647492[P].[6][font=宋体]冯国进[/font],[font=宋体]王煜[/font],[font=宋体]郭亭亭[/font].[font=宋体]固体材料绝对荧光量子产率测量的研究进展[/font][C]//[font=宋体]中国计量测试学会光辐射计量学术研讨会[/font].[font=宋体]中国计量测试学会[/font], 2009.[hr/]

微型电磁阀在医疗等应用中的选择问题解析仪器设计工程师总是会在仪器上使用各类电磁元器件，这些精密元器件的选择对于医疗、环保和分析类仪器功能实现都有很大的影响。大部分工程师需要权衡各类应用因素来考虑采用最合适的电磁元器件。仪器追求体积小巧化使得设计业必须采用更小巧、更耐用的元器件，不恰当的挑选有可能导致仪器故障或完全不能正常工作。工程师既需要考虑元器件的可靠性，耐用性，又必须考虑其轻巧性，有效流量以及低功耗，这篇报道是经验丰富的应用工程师团队从设计和制造根源来阐述选择微型电磁阀的参数，并指出那些是应用中的关键参数，也说明专业的阀应用经验将会减少或避免选择带来的疑惑。确保可靠性和重复性　　当仪器设计工程师在选用微型电磁阀时，常希望元器件能非常可靠的反复运转，特别是保证长时间的稳定性能即重复性能，最好是希望长时间完全没有任何运转波动和例外发生，这个经常成为筛选精密元器件的第一参数。　　例如血球采样通道和计数通道上用的隔离阀的选择好坏通常会影响整机的重复性，高效液相色谱中四元梯度隔离阀需要响应时间越均匀以越容易达到测试要求，如果不够均匀性，在检测灵敏性重复性上就有直观的结果区别。　　即使是早期选择原配件的一个大意，可能会导致严重的不可预料的后果。这种设计缺陷发现的越晚，修改成本就越高。因为当需要更换元器件时候，又需要重头进行一系列的测试。所以这种情况下工程师一般会采用有高可靠性的元器件，也会特别关注阀的生产过程，质量检查和测试控制等环节。　　特别是阀的设计就会直接影响器件本身的可靠性，例如在分析测试仪器中，电磁阀直接接触样品试剂，但大多数微型隔离阀都有内部橡胶材质，在接触样品试剂时候都有可能会溶胀。如果没有考虑任何设计上的预补偿，那么长时间使用后橡胶材质都会因此改变阀的参数和性能，甚至是会影响到元件到不能正常工作，从而导致整个仪器无法工作的问题。有经验的元器件设计人员会考虑到阀的适用范围，特别是化学物质的兼容性等实际应用对阀的影响。确保更长的使用寿命　　连续使用寿命是阀在大多数应用下应首先考虑的参数，特别在某些应用中会需要更长的连续使用寿命。例如在医疗设备和高运转的仪器上，设备要求连续运转，要求即使使用很长时间，器件出现故障次数也要最低甚至为零。经常性的维护和更换阀的行为最好都尽量避免。连续高使用寿命同时也说明元器件在复杂多变的应用下有更好的可靠性。　　其实高可靠性的使用寿命保证是很难做到的，在阀设计上有经验的专家曾经提及，高使用寿命最麻烦的就是移动密闭膜，即隔膜的设计。每当阀工作时候，隔膜会被拉杆拉起，在几百万的往复运动后，推杆拉动的隔膜就会被磨损，大多数阀都会有这种情况发生，一些制造厂家通过更换推杆或隔膜材料设计来解决。　　有经验的应用工程师在考虑长使用寿命时，会考虑采取减少隔膜形变这种设计，这样可以保证有更光洁的接触面和更少的冲击力，特别相比于金属阀体的阀来说，塑料阀体和塑料推杆都具有更好的耐用性。　　还应该纳入寿命影响因素的包括应用的液体、阀需要连续通电的时间，某些极限使用情况，或者各类影响因素造成的应用差别等。一些生产厂商都会测试50万次的使用寿命，但一些厂商已经做到了几千万次的使用寿命。　　确保设计更小巧　　几乎每个改进仪器都需要比原先的仪器更轻，更小巧，所以每个仪器设计工程师在设计时候都需要考虑到每个元器件的尺寸。在一些精密或在线监测设备里面尤其需要减小元器件体积，阀体积的减小可以更好的容纳电路板，容器瓶等非阀部件。小巧的阀体机构也可以减少运输的不便。　　只要元器件尺寸变小，设计工程师就可以预留更多的空间放到其余结构设计上，可以让设备预留更多功能的扩展空间。对于在线监测仪器，尺寸也有一定的规定，例如酒精测试仪需要能手持随身携带。在线总磷总氮仪器都包含很多微型电磁阀和动力源装置，电磁阀的尺寸就成为设计选择的主要因素，为其他部件腾出相应的安装空间。　　传统的阀一般比现代的阀大一些，设计工程师会发现即使每个阀尺寸和重量都小一点，可在有限安装空间的整机上显得更有优势。　　很多传统的阀仍旧由不锈钢阀身做成，新型的塑料阀体可以显著的减小重量。　　如果需要获得更大的流量或减小功率都需要增加阀体重量，而阀设计人员需要在条件允许的重量和尺寸下来获得同样的性能。确保满足应用的流量　　只要仪器小巧化趋势一直保持，每个设计工程师都会需要同样性能但更小巧的元器件。增加流速对于微型电磁阀来说是很关键的一个参数。但改变流速影响到的参数，如能耗，压力和流速这些参数彼此之间都是有相互制约的关系。Cv(流量系数)值和阀本身的内部通道设计有关。流量系数在一个方面可以反映了阀本身的流量设计水平，每个阀的Cv有可能相同，但体积就不同;而体积大小看似相似的阀，但Cv可能相差甚远。　　当需要达到更高流速时候，总体的能耗和压力设计都必须保证在使用者的要求之内。　　有经验的仪器设计工程师知道即使是很小的流量增加，也能影响各种应用。例如为了加快单个测试项目的速度，排废液或者清洗排液都需要尽快在几秒钟内排除，以节省占用整台仪器公用压源的时间，这些时候往往选用大于测试管路的管径。　　孔径问题经常会增加阀选择难度。例如一些模组阀由于内部出入口分布不对称, 两个接口对流速和耐压都会有不同的限制，在设计底板流路时候就应该对阀的安装孔方向做出调整。　　通常情况设计人员都会权衡，高流速需要有尽可能大的孔径，但大孔径通常需要更大的能耗，阀体也会更大。所以需要选择在确保可靠性上，在重量和小体积的优势下，选择对应应用条件下的合适流速阀体为宜，选用过大流量的阀体只会增加能耗和占用空间，过小可能不

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。 　　海洋光学的微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。 　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。海洋光学拥有广泛的光谱仪配置选择，使其性能最大化以满足客户要求。如果这些配置不符合您的要求，我们可以根据您的要求为您量身定做。 　海洋光学微型光纤光谱仪选型① 光学分辨率光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元；采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204122045_360970_1855403_3.jpg② 灵敏度灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204122046_360971_1855403_3.jpg③ 信噪比信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。④ 光栅选择光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204122047_360972_1855403_3.jpg⑤ 狭缝狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高；狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204122047_360973_1855403_3.jpg⑥ 其他 选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。所以不必犹豫尽管向我们咨询有关仪器的一切问题，我们将会给您一套最适合您应用的微型光纤光谱仪配置。

1、微型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]的特点 在现代高科技和实际需要的推动下,各种仪器的小型化和微型化一直是一个重要的发展趋势,很突出的例子有各种化学传感器和生物传感器的开发。现已有多种传感器可用于矿井中易燃易爆和有毒有害气体的监测、战地化学武器的监测等。传感器有很髙的灵敏度和专属性,但对复杂混合物的分析,如工业气体原料的质量控制、油气田勘探中的气体组成分析、航天飞机机舱中的气体监测等,单靠传感器显然是不够的。这就需要用小型、轻便、快速的GC进行分析。 事实上,GC的微型化一直是人们追求的目标,并已经历了几十年的发展。总的来看,开发微型GC有两种思路。一是将常规仪器按比例小型化,如PE公司的便携式GC,其大小相当于个旅行箱,重量为20kg左右 二是用高科技制造技术实现元件的微型化,如HP公司的微型GC其大小相当于一个文件包,重量可达5.2kg。中国科学院大连化物所的关亚风教授也成功地研制出了微型GC。这些微型GC的共同特点是①体积小,重量轻,便于携带。可安装在航天飞机及各种宇宙探测器上,也可由工作人员随身携带进行野外考察分析。②分析速度快,保留时间以秒计,很适合于有毒有害气体的监测和化工过程的质量控制③灵敏度高,对许多化合物的最低检测限为10-5级④可靠性高,适合于不同的环境,可连续进行250000分析⑤功耗低,省能源,一般采用12V直流电,功耗不超过100W⑥自动化程度高,可用笔记本电脑控制整个分析过程和数据处理,也可遥控分析。⑦样品适用范围有限。任何仪器的微型化都是以牺牲某些性能为代价的。目前市场上微型GC基本都是采用TCD检测,进样口温度不超过150℃,故主要用于常规气体分析,如天然气、炼厂气、氟里昂、工业废气以及液体和固体样品的顶空分析,而不适于分析髙沸点样品。因此,所用色谱柱多为0.2~0.5m内径的PO柱,柱长为10m左右。2、微型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]的技术指标 与常规GC类似,微型GC也主要由进样口、色谱柱和检测器组成,所不同的是微型GC采用微加工技术,检测器和进样口可微刻在硅片上,其尺寸与一个集成线路块相当。色谱柱可固定在一个加热块上。表列出了微型GC的典型技术指标。[img=,690,970]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810301520276193_1062_2384346_3.jpg!w690x970.jpg[/img] 微型GC的另外两个问题是电源和气源。在实验室使用时,可用外接电源和气源。如果在野外使用,则可用内置蓄电池(也可接在汽车的蓄电池上)和内置小钢瓶,这时一般可支持仪器连续工作40h目前,已经开发出多种专用的系列微型GC,如天然气分析仪,可设置四个通道,即相当于4台仪器,可分别用不同载气快速分析天然气组成。还有炼厂气分析仪等等。3、微型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]应用[img=,643,555]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810301521121717_7304_2384346_3.jpg!w643x555.jpg[/img][img=,322,540]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810301521126762_3661_2384346_3.jpg!w322x540.jpg[/img][img=,690,546]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810301521124957_3884_2384346_3.jpg!w690x546.jpg[/img]

微型光谱仪/光纤光谱仪在检测领域中的应用实例http://www.NewOpto.com摘要：微型光谱仪/光纤光谱仪以其系统模块化和搭建灵活性的特点，在要求现场检测和实时监控的场合得到了广泛的应用。本文以美国Ocean Optics微型光纤光谱仪为例，介绍其结构和特点，并且详细介绍了微型光纤光谱仪在实际检测领域中的应用方案。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/10/201110242341_326114_1638458_3.jpg ScanSci Spectrometerhttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/10/201110242339_326113_1638458_3.jpg Maya2000pro Spectrometer1 引言光谱仪器是应用光学技术、电子技术及计算机技术对物质的成分及结构等进行分析和测量的基本设备，广泛应用于环境监测、工业控制、化学分析、食品品质检测、材料分析、临床检验、航空航天遥感及科学教育等领域。由于传统的光谱仪存在着结构复杂、使用环境受限、不便携带及价格昂贵等不足，不能满足现场检测和实时监控的需求。因此，微型光纤光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。近年来，由于光纤技术、光栅技术及阵列式探测器技术的发展和成熟，使得光谱检测系统形成了光源、采样单元及摄谱单元相分离的结构形式，整个系统结构更具模块化，使用更加方便灵活，从而使微型光纤光谱仪成为现场检测和实时监控的首选仪器。现以全球首家微型光纤光谱仪的制造商美国Ocean Optics公司的微型光纤光谱仪为例，介绍微型光纤光谱仪的结构及特点，并且重点介绍其在实际检测领域中的应用方案。2 微型光纤光谱仪结构及特点传统的光谱仪光学系统结构复杂，需通过旋转光栅对整个光谱进行扫描，测量速度慢，并且对某些样品还需经过特定的预处理，并要放在仪器的固定样品室内进行测量。与此相比，微型光纤光谱仪有很多优点，如：速度快、价格低、体积小、重量轻及全谱获取，而且通过光纤传导可以脱离样品室测量，适用于在线实时检测。2.1 微型光纤光谱仪结构光谱仪微型化设计的实现得益于摄谱结构的优化。全球首家光纤光谱仪生产商美国Ocean Optics公司的Michael J. Morris等人研制的USB系列微型光纤光谱仪使用非对称交叉式Czerny-Turner分光结构，此光学结构的设计是在Czerny-Turner结构基础上进行光路的改进，使光谱仪内部构件布局更紧凑，可进一步小型化（如USB4000系列光谱仪的尺寸规格仅为89.1 mm×63.3 mm×34.4mm）。摄谱结构光学平台的优化设计使微型光纤光谱仪内部无移动部件，光学元件都采用反射形式，可在一定程度上减少像差，并使工作光谱范围不受材料影响。微型光谱仪的固定化光学平台适合于震动及窄空间等复杂的工作环境。2.2 微型光纤光谱仪特点低损耗光纤、高效率光栅及低噪声高灵敏CCD阵列探测器等相关技术的发展，使微型光纤光谱仪在性能上有了很大的改进，具有如下技术特点：光纤传导技术：光纤技术的发展，使待测物脱离了固定样品池的限制，采样方式变得更加灵活，适合于远距离样品品质监控。由于光纤对光信号的传输作用，使得光谱仪可以远离外界环境的干扰，保证光谱仪的长期可靠运行。CCD阵列探测器技术：将经光栅分光后的作用光在探测器上同时瞬间采集，而不必移动光栅，因此样品光谱采集速度及快（测量时间为3.8ms~10min），并通过计算机实时输出。光栅技术：全息光栅具有较小的杂散光，而机械刻划光栅具有更高的反射率和灵敏度。计算机技术：电子计算技术的发展极大地提高了光谱仪的智能控制和处理能力。3 微型光纤光谱仪应用方案随着微型光纤光谱仪应用测量系统的不断拓展，其快速高效分析及便携式实时应用的优势逐渐显现出来，光谱分析技术正逐步从实验室分析走向现场实时检测。依据现阶段实际应用现状，微型光纤光谱仪在以下领域得到广泛的应用。3.1 透射吸收测量系统透射吸收测量用于测定液体或气体中介质对作用光的吸收，依据比耳定律，吸光度正比于摩尔吸收率、光程和样品介质浓度。透射吸收测量系统由以下部件组成：USB4000-UV-VIS光谱仪、DH2000-BAL光源、QP400-025-SR光纤、CUV-UV样品池、CV-Q-10比色皿及电脑。3.2 反射测量系统反射测量方式分为镜面反射和漫反射测量，在实际测量中，可以采用不同的参考白板和测量角度来进行区分。反射测量用于测定样品的化学成分及表面颜色相关信息。反射测量系统由以下部件组成：USB4000光谱仪、DH2000-BAL光源、R400-7-UV-VIS反射探头、RPH-1探头支架、标准参考板WS-1及电脑。 3.3 发光二极管（ LED）测量系统LED测量系统用于LED光源的绝对光谱强度及颜色指标测量。LED测量系统由以下部件组成：USB4000-VIS-NIR光谱仪、FOIS-1积分球、LS-1-CAL-INT校准光源、QP400-2-VIS-NIR光纤、LED-PS电源及电脑。3.4 激光测量系统[/fon

微型真空泵，简单得来说是指：具备一进一出的抽气嘴、排气嘴各一个，并且在进口处能够持续形成真空或负压；排气嘴处形成微正压；工作介质主要为气体，体积小巧的一种仪器。例如，将一个密闭容器(开始时，内部是常压100KPa)，接上微型真空泵VAA6005(www.weichengkj.com/VAA.htm)，对它进行持续抽气，最后密闭容器内的气体压力就会低于大气压，达到60KPa的绝对压力。不但如此，经过特殊的技术改进，除了单抽气的微型真空泵外，还可以形成抽气打气两用的微型真空泵(即排气端可以产生比较大的正压)如PCF、FAA系列(www.weichengkj.com/FAA.htm)，用于增压、充气、克服系统阻力等等以及非常独特的水气两用微型真空泵WKA系列(www.wcjx.net/WKA.htm)，它可以用于需要长期空转、干转等等场合，不像一般的水泵空转，或者干转就会损坏泵。正因为抽气口处或者抽排气口可以与外界大气形成压力差，同时不像大型真空泵需要润滑油和真空泵油，不会污染工作介质，而且具有体积小巧、噪音低、免维护，可以连续24小时运转等优点，所以微型真空泵被作为动力装置，广泛用于气体采样、气体循环、真空吸附、加速过滤、汽车真空助力等等场合，在医疗、卫生、科研、环保等领域得到了广泛的应用。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/12/200912041047_187929_1676140_3.jpg[/img]