多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法技术

本发明专利技术公开了一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，包括以下步骤：调制装置对荧光激发光源进行调制，荧光激发光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，荧光激发光源激发复杂溶液产生荧光，位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集荧光光谱；将多个位置采集到的荧光光谱中的每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内的荧光光谱，归一化处理后与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；同样的方法采集未知袋装复杂溶液样品多个位置处的频域内荧光光谱，将其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。本方法提高了复杂溶液所测成分含量分析的精度。

Multi position modulated fluorescence excitation source for measuring complex solution composition in bags

The invention discloses a multi position modulation fluorescence excitation light source measurement method of bagged solution composition is complex, which comprises the following steps: modulation device of fluorescence excitation light source modulation, fluorescence excitation light source the light incident slit and spectral light receiving device close packing bag, fluorescence excitation complex fluorescence, fluorescence displacement control platform the excitation light source to a mobile location by the spectral receiver acquisition fluorescence spectrum; time series transform each wavelength in multiple locations to collect fluorescence spectra in the frequency domain by using fluorescence spectra, the fundamental component of each wave length in the frequency domain structure, compared with the existing chemical treatment normalized results, establish mathematical model; methods to collect the same frequency of unknown complex sample solution bags at multiple locations within the fluorescence spectrum, the normalized Then the mathematical model is set up to obtain the content of the target component measured by the complex solution. This method improves the precision of the content analysis of complex solution.

【技术实现步骤摘要】
多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法
本专利技术涉及光谱复杂溶液浓度分析化学计量领域，尤其涉及一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法。
技术介绍
现有技术中，较为成熟的技术是通过化学检验的方式检测包装袋中复杂溶液所测目标成分的含量，具有准确性高的突出优点，但化学检验的方式需要打开包装袋取出样品进行化验，无法满足快速、非接触、以及无污染的需求。通过对荧光光谱的研究发现，由于其非接触、无污染、针对性强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。但复杂溶液散射性会导致光谱的非线性，以及受到光谱背景噪声影响，针对以上问题，本方法提出了一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，极大抑制了复杂溶液散射带来的非线性影响，提高了复杂溶液所测成分含量分析的精度，解决了袋装复杂溶液成分的无损检测问题，高效、无污染，详见下文描述：一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，所述方法包括以下步骤：荧光激发光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置调制荧光激发光源使其发出方波光信号，荧光激发光源激发复杂溶液产生荧光，光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集多个位置的荧光光谱；将多个位置处采集到的荧光光谱变换到频域，构造频域内荧光光谱并归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；采集未知复杂溶液在多个位置处的荧光光谱，构造频域内荧光光谱归一化后带入数学模型，得到所测成分的含量；所述方法增加受激发物质的信息量；抑制复杂溶液散射带来的非线性影响；消除光谱背景噪声的影响；提高复杂溶液所测成分含量分析的精度。所述构造频域内荧光光谱的步骤具体为：调制装置将光源调制成方波光信号，由光谱接收装置采集荧光光谱，将每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内荧光光谱。其中，位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集多个位置的荧光光谱的步骤具体为：荧光激发光源在位置a处对复杂溶液进行激发，由光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源移动至位置b，由光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源一直移动至位置n，由光谱接收装置采集荧光光谱；或，荧光激发光源激发包装袋内的复杂溶液产生荧光，由光谱接收装置在位置a处采集荧光光谱；位移平台控制光谱接收装置移动至位置b，采集位置b处的荧光光谱；位移平台控制光谱接收装置移动至位置n，采集位置n处的荧光光谱。其中，所述方法还包括：在荧光激发光源处设置一光纤，作为入射光纤，且保证入射光纤与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋；或，在光谱接收装置处设置一光纤，作为出射光纤，且保证出射光纤与荧光激发光源的出光光口紧贴包装袋；或，在荧光激发光源与光谱接收装置处分别设置入射光纤与出射光纤，且保证入射光纤与出射光纤紧贴包装袋。其中，所述a位置为入射光纤的第一位置，由光谱接收装置采集荧光光谱；控制入射光纤移动到位置b处，由光谱接收装置采集荧光光谱；控制入射光纤一直移动到位置n处，由光谱接收装置采集荧光光谱。其中，所述a位置为出射光纤的第一位置，由光谱接收装置采集荧光光谱；控制出射光纤移动到位置b处，由光谱接收装置采集荧光光谱；控制出射光纤一直移动到位置n处，由光谱接收装置采集荧光光谱。进一步地，所述荧光激发光源为紫外线灯，可直接发出紫外光或经入射光纤传导。进一步地，所述位移平台为步进电机；所述光谱接收装置为光谱仪；所述调制装置为斩波器。进一步地，所述荧光激发光源为紫外激光管或紫外发光管，可直接发出紫外光或者经入射光纤传导。上述所述数学模型利用主成分分析、人工神经网络、偏最小二乘回归、支持向量机、信号分析或统计方法建立。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术通过在不同位置处采集同一荧光激发光源下的袋装复杂溶液的荧光光谱，利用复杂溶液中的特殊物质受到紫外光激发会产生荧光的特性，使测量针对性强；2、多位置测量得到了激发荧光向多个方向散射的光谱，有利于反映受激发物质的散射特性，增加了受激发物质的信息量，抑制了复杂溶液散射带来的非线性影响；3、构造的频域内荧光光谱消除了光谱背景噪声的影响，提高了复杂溶液所测成分含量分析的精度。解决了袋装复杂溶液成分的无损检测问题，高效、无污染。附图说明图1为多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法的原理图；图2为实施例1中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法示意图；图3为实施例2中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法另一示意图；图4为实施例3中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法另一示意图；图5为实施例4中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法另一示意图；图6为实施例5中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法另一示意图；图7为实施例6中多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法另一示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：荧光激发光源；2：入射光纤；3：包装袋；4：位移平台；5：光谱接收装置；6：出射光纤；7：调制装置；a：第一位置；b：第二位置；n：第n位置。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。将调制装置放置于光源光路之中时，光会周期性的通过和遮挡。此时光源发出的光被调制成具有一定频率的方波光信号。激发复杂溶液得到的荧光频率与光源发出的方波光频率一致，以产生的荧光某一波长λ为例，图1为λ波长的波形与光谱接收装置积分时间对应的积分值示意图，B为背景噪声，T为光谱接收装置的积分时间，且T1＝T2＝…＝Ti＝T；T1区间内积分时间对应的是背景噪声，此时光谱接收装置接收到的光强幅值是背景噪声的积分值，数值最小记为Imin；Ti区间内积分时间对应的是λ波长的光强和背景噪声，此时光谱接收装置接收到的光强幅值是λ波长的光强和背景噪声的积分值，数值最大记为Imax，T1与Ti之间其他的积分时间一部分对应背景噪声，另一部分对应λ波长的光强和背景噪声，因此所得到的积分值在(Imin，Imax)区间内变动。由此，在T1～Ti内可以得到一组值域为(Imin，Imax)积分值序列，由此可见，该波长的积分值在(Imin，Imax)区间内变动而形成周期性信号，其他波长的积分值与此类似，且为严格同周期和同步的周期性信号。通过对各个波长的积分值的时间序列进行傅立叶变换，以所有波长积分值的频域基波分量构成的频域内荧光光谱，可以消除光谱背景噪声，大幅度提高信噪比。多位置调制荧光激发光源法消除了光谱背景噪声的影响，同时利用复杂溶液中的特殊物质受到紫外光激发会产生荧光的特性，不仅使测量针对性强，且多位置测量得到了激发荧光向多个方向散射的光谱，有利于反映受激发物质的散射特性，增加了受激发物质的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的非线性影响，提高了复杂溶液所测成分含量分析的精度。解决了袋装复杂溶液成分的无损检测问题，高效、无污染。实施例1本专利技术实施例提供的多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，所使用到的器件如图2所示，包括：荧光激发光源1、包装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：荧光激发光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置调制荧光激发光源使其发出方波光信号，荧光激发光源激发复杂溶液产生荧光，光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集多个位置的荧光光谱；将多个位置处采集到的荧光光谱变换到频域，构造频域内荧光光谱并归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；采集未知复杂溶液在多个位置处的荧光光谱，构造频域内荧光光谱归一化后带入数学模型，得到所测成分的含量；所述方法增加受激发物质的信息量；抑制复杂溶液散射带来的非线性影响；消除光谱背景噪声的影响；提高复杂溶液所测成分含量分析的精度。

【技术特征摘要】
1.一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：荧光激发光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置调制荧光激发光源使其发出方波光信号，荧光激发光源激发复杂溶液产生荧光，光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集多个位置的荧光光谱；将多个位置处采集到的荧光光谱变换到频域，构造频域内荧光光谱并归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；采集未知复杂溶液在多个位置处的荧光光谱，构造频域内荧光光谱归一化后带入数学模型，得到所测成分的含量；所述方法增加受激发物质的信息量；抑制复杂溶液散射带来的非线性影响；消除光谱背景噪声的影响；提高复杂溶液所测成分含量分析的精度。2.根据权利要求1所述的一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，其特征在于，所述构造频域内荧光光谱的步骤具体为：调制装置将光源调制成方波光信号，由光谱接收装置采集荧光光谱，将每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内荧光光谱。3.根据权利要求1所述的一种多位置调制荧光激发光源测量袋装复杂溶液成分的方法，其特征在于，位移平台控制荧光激发光源移动至多个位置，由光谱接收装置采集多个位置的荧光光谱的步骤具体为：荧光激发光源在位置a处对复杂溶液进行激发，由光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源移动至位置b，由光谱接收装置采集荧光光谱；位移平台控制荧光激发光源一直移动至位置n，由光谱接收装置采集荧光光谱；或，荧光激发光源激发包装袋内的复杂溶液产生荧光，由光谱接收装置在位置a处采集荧光光谱；位移平台控制光谱接收装置移动至位置b，采集位置b处的荧光光谱；位移平台控制光谱接收装置移动至位置n，采集位置n处的荧光光谱。4.根据权利要求1或2所述的一种多位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，张梦秋，张盛昭，罗永顺，林凌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12