同步测量液膜浓度和厚度的装置以及测量方法

摘要

本发明提供一种同步测量液膜浓度和厚度的装置，其特征在于，包括：两个激光光源，发出波长不同的激光光束；波分复用器，与两个激光光源相连，将两束激光光束耦合成一束；第一准直器，与波分复用器相连，对激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在第一准直器正下方；第二准直器，设置在液膜载体正下方，用于收集穿过液膜载体的激光光束，并进行聚焦；分波器，与第二准直器相连，将激光光束分成波长不同的两束激光光束；两个光谱采集构件，分别与分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束激光光束的强度；以及计算机，分别与两个光谱采集构件相连，对两个光谱采集构件测得的激光光束的强度进行处理，计算出待测液膜的浓度和厚度值。

主权项

一种测量液膜浓度和厚度的方法，采用同步测量液膜浓度和厚度的装置来进行，所述装置包括：两个激光光源，用于发出波长不同的激光光束；波分复用器，与两个所述激光光源相连，将两个所述激光光源发出的两束所述激光光束耦合成一束；第一准直器，与所述波分复用器相连，对所述波分复用器耦合的激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在所述第一准直器正下方，用于承载待测液膜，使所述第一准直器聚焦后发出的激光光束穿过所述待测液膜；第二准直器，设置在所述液膜载体正下方，用于收集穿过所述液膜载体的激光光束，并对该激光光束进行聚焦；分波器，与所述第二准直器相连，将所述第二准直器聚焦后发出的激光光束分成波长不同的两束激光光束；两个光谱采集构件，分别与所述分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束所述激光光束的强度；以及计算机，分别与两个所述光谱采集构件相连，对两个所述光谱采集构件测得的所述激光光束的强度进行处理，计算出所述待测液膜的浓度和厚度值；其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用吸收光谱测量装置测量若干不同浓度的溶液液膜的吸收光谱，得到所述不同浓度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数；步骤二，比较所述不同浓度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数，选择两个波数ν₁和ν₂，使所述不同浓度的溶液液膜对波数为ν₁的光的吸收系数差值最小，使所述不同浓度的溶液液膜对波数为ν₂的光的吸收系数差值最大；步骤三，分别在两个所述波数ν₁和ν₂下，对所述不同浓度的溶液液膜所对应的吸收系数与所述溶液液膜的浓度作线性拟合，得到如下方程式：K_i＝A_i+B_ic，式中i＝1,2，K_i是浓度为c的溶液液膜对波数为ν_i的光的吸收系数，c是溶液液膜的浓度，A_i和B_i是拟合系数；步骤四，设置不带有液膜的所述液膜载体，调节两个所述激光光源，使两个所述激光光源分别输出波数为ν₁和ν₂的激光光束，采用两个所述光谱采集构件分别测量穿过所述不带有液膜的液膜载体后所述波数为ν₁和ν₂的激光光束的强度，作为背景光强I_0i(i＝1,2)；步骤五，在所述液膜载体上负载待测液膜，采用两个所述光谱采集构件分别测量穿过负载所述待测液膜的液膜载体后所述波数为ν₁和ν₂的激光光束的强度，作为透射光强I_ti(i＝1,2)；步骤六，采用所述计算机收集所述背景光强I_0i(i＝1,2)和所述透射光强I_ti(i＝1,2)，并进行数据处理，根据比尔‑朗伯定律，将透射率表示为：式中T_i是透射率，d是所述待测液膜的厚度，计算所述待测液膜对所述波数为ν₁和ν₂的激光光束的透射率的对数比R_1/2：$R_{1/2}=\frac{{\mathrm{lgT}}_1}{{\mathrm{lgT}}_2}=\frac{\lg (I_{t1}/I_{01})}{\lg (I_{t2}/I_{02})}=\frac{-K_{1}d}{-K_{2}d}=\frac{K_1}{K_2},$根据K_i＝A_i+B_ic，可将所述透射率的对数比R_1/2表示为则所述待测液膜的浓度所述待测液膜的厚度$d=\frac{\lg (I_{01}/I_{t1})}{A_1+B_1\frac{A_2{R}_{1/2}-A_1}{B_1-B_2{R}_{1/2}}}=\frac{\lg (I_{02}/I_{t2})}{A_2+B_2\frac{A_2{R}_{1/2}-A_1}{B_1-B_2{R}_{1/2}}}.$