光纤光谱仪在溶液测量中应用

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1、光纤光谱仪在溶液测量中的应用勾宏岗张志伟北京爱万提斯科技有限公司info@avantes.com.cn随着光谱学的发展，光谱仪在溶液的在线和离线测量方面有了越来越广泛的应用。尤其是微型光谱仪在溶液在线高速测量中的应用。利用Avantes的微型光纤光谱仪和相应的化学测量软件可以方便的进行溶液的在线及离线的高速测量。1.光谱仪原理荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048光纤光谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和SonyILX554型20

2、48像素线阵CCD探测器，测量波长范围200-1100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O外触发接口。图1AvaSpec-2048光谱仪的光学平台光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性。荷兰Avantes公司的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快，使得它可以用于在线分析。而且由于它选用低成本的通用探测器，所以光谱仪的成本也大大降低，从而大大扩展了它的应用领域。强大的历史通道功能在功能强大的AvaSoft-FULL软件中的History功能，使我们可以很方便的监测L、a、b以及

3、dL、dE等参数随时间的变化，甚至我们还可以自定义一些参量，并观察它们随时间的变化。同时，USB2平台的光谱仪还附带了模拟和数字输出，这些模拟和数字输出口的值可以对应于History中定义的函数。2．测量实验根据不同的应用，光谱仪有相应的配置进行测量。下面分别介绍溶液测量中颜色和浓度测量的两种实验。2．1颜色离线测量一般来说，固体和粘稠液体的颜色测量可以通过不同的实验布局来实现，如通过反射探头或积分球等。所需要的光谱仪的波长范围为380-780nm，FWHM光谱分辨率为5nm。此外，还需要一个连续白光光源和白色反射瓦。对于不同

4、的应用，如测量纺织品、纸张、水果、葡萄酒和鸟类羽毛等颜色需要使用不同的探头。下图是反射法测量颜色的典型装置。在测量溶液颜色时需要配备有带有四十五度窗口的反射探头，如上图中所示软件界面如图3所示：图3－化学测量界面在软件中直接可以读出被测溶液的L、a、b和X、Y、Z值，还可以直接监测E值的变化量。利用功能强大的历史通道功能还可以对溶液在线的颜色变化进行监测，并且利用模拟信号的输入输出功能可以方便的与其他仪器通信。这将在下面给出详细介绍。测量步骤1．安装AvaSoft－Full软件。2．使用USB线或RS232线缆将光谱仪与计算机

5、相连。3．打开软件选择合适的积分时间和平均次数，可以选择自动积分时间。4．进入颜色测量设置界面进行需要的参数设置。如图4。点击TimeSeries还可设置历史通道功能来对不同的参数进行测量。图4－颜色测量中的参数设置界面1．在上一步设置完成后点击OK键，进入颜色测量界面。如图5图5在此应首先保存暗背景，并在Setup选项中勾选扣除暗背景，完成后把探测探头置于白参考瓦上存取白参考。然后可以方便的进行颜色测量。详细的操作可以按照软件操作手册上进行。2．2溶液颜色测量的在线监测控制在工业用户中，很多用户需要在线的颜色变化的监控，比如

6、用户中酸碱中和滴定过程中进行颜色变化的的监控，用来控制滴定的程度。这样可以使用软件中的历史通道功能来对颜色dE的变化进行监控。用户可以在软件的输出控制中来设定变化的范围，当超出设定的范围时光谱仪将给出触发信号来和外部进行通信。或者是通过模拟信号输出功能和其它系统进行连接通信。历史通道的监测功能如下图（a）所示，在过程控制功能中可以设定光谱仪与外部通信的输出，根据应用系统的不同可以选择数字信号或模拟信号输出，如下图中（b）所示：(a)(b)2．3溶液浓度的测量AvaSoft-Chem软件配合光谱仪系统使用，能够对浓度进行在线地测

7、量。根据朗伯-比尔定律，在吸收和浓度之间有一个线性关系：A=e*c*lA是吸光度（消光度），e是被测物质的消光系数，c是浓度，l是光程。实际上，这种线性关系仅适用于低吸光度的情况下，在透过率T＝36.8%(A=0.434)时测量的相对误差最小，在T＝70－10％(A=0.155~1.00)的范围内测量结果也变化不大，所以测量溶液的浓度不要太高或太低。同时测量吸光度的波长必须保持恒定。在进行浓度测量时，你需要一个试管支架、一个带浸入式光纤探头的光谱仪、一个适当的光源。溶液浓度测量的典型配置如下图所示：图6当需要对溶液进行在线浓度

8、测量时需要配有流动样品池。在溶液浓度测量中根据您不同的设置可以在软件中可以直接观测你所需要的浓度值。如图7所示：图7溶液测量界面溶液中浓度测量的基本步骤：1．安装AvaSoft－Full软件。2．使用USB线或RS232线缆将光谱仪与计算机相连。3．打开软件选择合适的积分时间