專利名稱：一種大孔徑的長光程樣品池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種大孔徑的長光程樣品池。
背景技術：
采用液芯波導系統進行光譜研究的基本方法是將待測溶液樣品按照一定的流速 以動態流動方式泵入一根直徑為50至數百微米、長度1至數米的微型波導管內。當入射激 光進入波導管后，由于波導管材料的折射率比液體樣品的折射率小，使得激光能在液體與 波導管界面上產生內部全反射，激發光能在液芯波導內經多次反射而不會從波導管管壁透 射，于是進入波導管內的激發光能一直沿波導管往前傳輸，直至從波導管的另一端輸出。傳 統的光度測量方法中使用的檢測池，長度僅為lcm、5cm或10cm，因此，將液芯波導管作為檢 測池應用于光譜研究中，待測樣品的需求量很小，而且可獲得特別長的有效光程，這種特長 的有效光程可以顯著提高光譜信號強度和探測極限。在理想情況下，檢測靈敏度與有效光 程的長度成比例，從而可使得拉曼光譜、熒光光譜等光學檢測方法的靈敏度得到大大提高。
如何設計性能優良的長光程水樣檢測池是儀器分析領域關注的焦點問題，尤其體 現在水樣的痕量分析領域。 1989年，杜邦公司推出了一種非晶態的全氟代-2，2-二甲基-1，3-間二氧雜環 戊烯與聚四氟乙烯共聚物，稱為Teflon AF(目前有兩個品種，折射率為1.31的Teflon AF1600和折射率為1. 29的Teflon AF2400)。這一發明為設計長光程的檢測池提供了可 能。以Teflon AF制作的空心毛細管，也稱為液芯波導管，目前有兩種型號，稱為一型液芯 波導和二型液芯波導。對于一型液芯波導，即由Teflon AF2400制作的空心毛細管，當管 內充滿水溶液時，由于Teflon AF2400的折射率小于水的折射率(約1. 33)，光線從一端 入射， 一定立體角內的入射光可在Teflon AF2400毛細管與水的交界面發生全反射，從而 將光線束縛在毛細管內傳播，見附圖1(a);對于二型液芯波導，即在石英毛細管外鍍一層 Tef 1onAF2400材料的毛細管，當管內充滿水溶液時，光線從一端入射， 一定立體角內的入射 光可在Teflon AF2400鍍層和石英毛細管的交界面發生全反射，從而將光線束縛在毛細管 內傳播，見附圖1 (b)。總之無論一型液芯波導或是二型液芯波導，都可將光線束縛在毛細管 內傳播，而利用這一特性，就可以設計出長光程的檢測池。 目前基于液芯波導管制作的長光程檢測池，雖然大幅度提高了檢測光程，但是 由于液芯波導管本身孔徑較小(約幾百微米)，以及所使用光液耦合方式的局限，導致這 類長光程樣品池都存在進樣孔徑較小的問題。目前代表產品為WPI (World Precision Instruments, Inc.)公司設計的UVCC(Xiquid-waveguidec即illary flow cell)長光禾呈樣 品池，其基于內徑為550微米的二型液芯波導管設計，由于所使用光液耦合方式的局限，其 標稱的進樣孔徑僅為20微米，也就是說，所需測量的溶液只有經過孔徑為20微米的過濾器 過濾后，才能進入LWCC長光程檢測池進行測量，否則就可能會堵塞LWCC長光程檢測池。附 圖2所示為LWCC長光程檢測池的光液耦合原理圖，其中包括光纖8，液芯波導9，硅管10。 可見，目前的基于液芯波導的長光程樣品池，由于其進樣孔徑過小，根本無法滿足懸浮有大粒子的溶液的分析測量需求。

發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種滿足懸浮有大粒子的溶液的分析 測量需求的大孔徑的長光程樣品池。 為實現上述目的，本發明的技術方案為一種大孔徑的長光程樣品池，其包括兩 條石英光纖、兩個光液耦合器、一條液芯波導管及兩條進樣水管，第一石英光纖連接到第 一光液耦合器的第一接頭，第一水管連接到第一光液耦合器的第二接頭，第一光液耦合器 的第三接頭連接液芯波導管的一端，液芯波導管的另一端連接第二光液耦合器的第三接 頭，第二水管連接到第二光液耦合器的第二接頭，第二石英光纖連接到第二光液耦合器的 第一接頭，其中，液芯波導管的內徑800ym《rl《2000 y m，第一、第二水管的內徑均為 0. 8mm《r2《2. Omm，第一、第二石英光纖的纖芯直徑400 y m《d《1000 y m，光液耦合器 將來自石英光纖的光信號與來自水管的溶液進行耦合。 該第一、第二光液耦合器的第一接頭與第三接頭同軸，第二接頭與第一、第三接頭 軸向垂直。 第一、第二光液耦合器各接頭內均設有用于水密封的0型密封圈。
液芯波導管的長度3cm《L《500cm。 第一、第二石英光纖分別通過一陶瓷插針插設于第一、第二光液耦合器的第一接 頭內，且陶瓷插針前端面和液芯波導管前端面之間的距離在20-1000微米的范圍內可調。
該光液耦合器的各接頭為中空固定螺絲構成。 與現有技術相比，本發明具有如下優勢本發明大幅提高長光程檢測池的進樣孔 徑，含有粒徑小于950微米懸浮粒子的溶液可不經過濾，直接進入本發明的檢測池檢測，滿 足懸浮有大粒子的溶液的分析測量需求。


圖1 (a)為一型液芯波導管結構示意圖； 圖1 (b)為二型液芯波導管結構示意圖； 圖2為LWCC長光程檢測池的光液耦合原理圖； 圖3為本發明實例的安裝原理圖； 圖4(a)為本發明實例的光液耦合器的原理圖； 圖4(b)為圖4(a)中A部分的放大示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。 如圖3所示，一種大孔徑的長光程樣品池，其包括兩條石英光纖、兩個光液耦合 器、一條液芯波導管及兩條進樣水管，第一石英光纖1連接到第一光液耦合器2的第一接頭 21，第一水管6連接到第一光液耦合器2的第二接頭22，第一光液耦合器2的第三接頭23 連接液芯波導管3的一端，液芯波導管3的另一端連接第二光液耦合器4的第三接頭43，第 二水管7連接到第二光液耦合器4的第二接頭42，第二石英光纖5連接到第二光液耦合器4的第一接頭41 ，其中，芯波導管的內徑800 m《r 1《2000 y m，第一、第二水管的內徑均 為0. 8mm《r2《2. 0mm，第一、第二石英光纖的纖芯直徑400 y m《d《1000 y m，光液耦合 器將來自石英光纖的光信號與來自水管的溶液進行耦合。 第一光液耦合器2將來自第一石英光纖1的光信號與來自第一水管6的進樣溶液 進行耦合，進樣溶液進入液芯波導管3，光信號經過液芯波導管3的傳輸后從第二石英光纖 5輸出至光譜儀，進樣溶液從第二水管7輸出。 本發明的結構為對稱結構，光信號可以從第一或第二石英光纖進入，進樣溶液也 可以從第一或第二水管進入。 如圖4a、4b所示，該第一、第二光液耦合器的第一接頭與第三接頭同軸，第二接頭 與第一、第三接頭軸向垂直。 第一、第二光液耦合器各接頭內均設有用于水密封的0型密封圈。
液芯波導管3的長度3cm《L《500cm。 第一、第二石英光纖1、5分別通過一陶瓷插針11插設于第一、第二光液耦合器的 第一接頭內，且陶瓷插針11前端面和液芯波導管前端面之間的距離在20-1000微米的范圍 內可調。 該光液耦合器2、4的各接頭為中空固定螺絲構成。 本實施例中，石英光纖1、5均采用長度lm，纖芯直徑為600微米，陶瓷插針，接頭 SMA905的石英光纖；液芯波導管3采用一型液芯波導管，內徑為1000微米，外徑為1200微 米，長度為30厘米；第一、第二水管6、7采用lmm內徑1.5mm外徑的硅膠硬管；連接后，石英 光纖的陶瓷插針前端面和液芯波導管3前端面之間的距離調節為1000微米。
權利要求
一種大孔徑的長光程樣品池，其特征在于，包括兩條石英光纖、兩個光液耦合器、一條液芯波導管及兩條進樣水管，第一石英光纖(1)連接到第一光液耦合器(2)的第一接頭(21)，第一水管(6)連接到第一光液耦合器(2)的第二接頭(22)，第一光液耦合器(2)的第三接頭(23)連接液芯波導管(3)的一端，液芯波導管(3)的另一端連接第二光液耦合器(4)的第三接頭(43)，第二水管(7)連接到第二光液耦合器(4)的第二接頭(42)，第二石英光纖(5)連接到第二光液耦合器(4)的第一接頭(41)，其中，液芯波導管(3)的內徑800μm≤r1≤2000μm，第一、第二水管(6、7)的內徑均為0.8mm≤r2≤2.0mm，第一、第二石英光纖(1、5)的纖芯直徑400μm≤d≤1000μm，光液耦合器(2、4)將來自石英光纖(1、5)的光信號與來自水管(6、7)的溶液進行耦合。
2. 根據權利要求1所述的大孔徑的長光程樣品池，其特征在于該第一、第二光液耦合 器的第一接頭與第三接頭同軸，第二接頭與第一、第三接頭軸向垂直。
3. 根據權利要求2所述的大孔徑的長光程樣品池，其特征在于第一、第二光液耦合器 (2、4)各接頭內均設有用于水密封的0型密封圈。
4. 根據權利要求2所述的大孔徑的長光程樣品池，其特征在于液芯波導管(3)的長 度3cm《L《500cm。
5. 根據權利要求1所述的大孔徑的長光程樣品池，其特征在于第一、第二石英光纖 (1、5)分別通過一陶瓷插針(11)插設于第一、第二光液耦合器(2、4)的第一接頭內，且陶瓷 插針(11)前端面和液芯波導管(3)前端面之間的距離在20-1000微米的范圍內可調。
6. 根據權利要求1所述的大孔徑的長光程樣品池，其特征在于該光液耦合器(2、4) 的各接頭為中空固定螺絲構成。
全文摘要
本發明公開一種大孔徑的長光程樣品池，其包括兩石英光纖、兩光液耦合器、一液芯波導管及兩進樣水管，第一石英光纖連接到第一光液耦合器的第一接頭，第一水管連接到第一光液耦合器的第二接頭，第一光液耦合器第三接頭連接液芯波導管的一端，液芯波導管另一端連接第二光液耦合器第三接頭，第二水管連接到第二光液耦合器第二接頭，第二石英光纖連接到第二光液耦合器的第一接頭，液芯波導管內徑800μm≤r1≤2000μm，水管內徑均為0.8mm≤r2≤2.0mm，石英光纖的纖芯直徑400μm≤d≤1000μm，光液耦合器將來自石英光纖的光信號與來自水管的溶液進行耦合。本發明能有效滿足懸浮有大粒子的溶液的分析測量需求。
文檔編號G02B6/38GK101701905SQ20091019362
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年11月3日
發明者孫兆華, 曹文熙, 李彩 申請人:中國科學院南海海洋研究所