一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置及方法，装置包括太赫兹激光发射端、太赫兹激光接收端和波导元件，所述波导元件包括待测物进样装置、待测物出样装置和波导管，所述待测物进样装置和待测物出样装置分别设置于波导管的不同端部，太赫兹激光发射端发射的光线穿透波导管前端封口板照射至经进样装置进入的待测气态有机物上产生的吸收峰在波导管内部长距离叠加后，穿透波导管后端封口板至太赫兹激光接收端接收，实现对环境中痕量污染物质的监测。本发明专利技术利用太赫兹波的光子能量低，不会因电离而对检测物质产生破坏，从而实现对待测物质的无损检测。

【技术实现步骤摘要】
一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置及方法
本专利技术属于环境监测
，具体涉及一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置及方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，简称THz)波的频率位于远红外光与微波之间，在电磁波谱中属于光子学与电子学频率的过渡频带，是电磁波中最后一块没有得到很好研究开发的波段。因其所在电磁波谱的特殊位置而具备了其他波段光谱所不具有的特殊性质——高穿透性、低电离能、指纹光谱和相干性。太赫兹波作为一种独特的辐射波，使得其在材料分子的特殊光谱信息分析、材料与结构的无损探伤及三维层析、违禁物品反恐检查、生物组织的活体检查、高精度保密雷达、卫星间宽带通信及医学成像等方面已获得了很大的成功。同时，由于污染物质经过太赫兹波照射后，会在特定的频率上产生较强的吸收峰形成特征指纹图谱，因而太赫兹技术在环境监测领域将会有着广阔的应用前景。目前，环境中的测量痕量气态污染物质的方法主要包括气相色谱法、高效液相色谱法、质谱分析及色质联用法等。气相色谱具有分离效率高、选择性好、灵敏度高、分析速度快、应用范围广，却存在不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析的缺点。高效液相色谱具有高压、高速、高效、高灵敏度高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法的优点，却存在柱子价格昂贵、消耗大量溶剂，且许多溶剂对人体是有害的。质谱分析具有应用范围广，分析速度快，灵敏度高，分辨率也较高，但价格较贵，工作环境要求较高，给广泛应用带来一定的限制。总之，上述方法具有检测灵敏度高、选择性好、特异性强等优点，但其检测成本较贵、样品前处理过程复杂、对实验条件的专业化程度要求高、检测时间长。现阶段，国家对环境有害污染物的限量标准要求越来越严格，因而具备更高的灵敏度、分辨能力和抗干扰的能力，能够监测痕量及超痕量有机污染物的分析仪器或分析技术成为现代仪器发展的趋势。可见，以太赫兹波对有机分子的特异指纹图谱的特征性识别为依据，采用太赫兹光谱技术和光谱分析理论，开展痕量气态污染物质的检测研究，以探索一种快捷、实用、可靠的持久性有机物检测技术是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置及方法，本专利技术能够充分利用气态有机物经过太赫兹波照射后，会在特定的频率上产生较强的吸收峰，经过波导管的长距离叠加作用，最终实现对环境中痕量污染物质的低检出限、高灵敏度监测，为太赫兹波谱技术在环境监测领域中的应用提供了新的思路。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，包括太赫兹激光发射端、太赫兹激光接收端和波导元件，所述波导元件包括待测物进样装置、待测物出样装置和波导管，所述待测物进样装置和待测物出样装置分别设置于波导管的不同端部，太赫兹激光发射端发射的光线穿透波导管前端封口板照射至经待测物进样装置进入的待测气态有机物上产生的吸收峰在波导管内部长距离叠加后，穿透波导管后端封口板至太赫兹激光接收端接收，待检测气态有机物经进样装置进入波导管，完成测定后经待测物出样装置排出，实现对环境中痕量污染物质的监测。进一步的，所述待测物进样装置与波导管连接的一侧小于其远离波导管的一侧，或/和所述待测物出样装置与波导管连接的一侧小于其远离波导管的一侧。优选的，所述待测物进样装置为倒圆锥型结构，使激光器发射出的太赫兹光谱最大程度耦合进入波导管。优选的，所述待测物出样装置为倒圆锥型结构，利于波导管内的光线被太赫兹激光接收端接收。优选的，所述倒圆锥型与波导管连接的一侧内径小于远离波导管的一侧的内径，与波导管连接的一侧内径与波导管的内径尺寸一致。所述待测物出样装置、波导管和待测物进样装置可以为一体化结构，也可以为可拆卸的分体结构。优选的，所述波导管前端封口板和后端封口板均采用聚乙烯或聚四氟乙烯封口。优选的，所述待测物进样装置内设置有过滤网、进样泵和流量计，气体由进样泵经滤网通过缝状孔道进入到波导管中。进一步的，所述太赫兹激光发射装置包括激光发射器和准直器，激光发射器提供的0-2.7THz范围的太赫兹波，准直器将平行光汇聚为点光。进一步的，所述太赫兹激光接收端包括太赫兹接收器、处理器和准直器，准直器将波导管出来的光线汇聚至太赫兹接收器，处理器连接太赫兹接收器。进一步的，所述波导管为具有一定长度的管状结构，优选为直线型或者曲线形(例如蛇形等)。波导管的材质是对太赫兹光谱具有低吸收效率的金属质材料、聚乙烯或聚四氟乙烯等，以降低太赫兹波谱能量损耗，提高装置性能。一种痕量气态有机物的太赫兹波导测量方法，利用气态有机物经过太赫兹波照射后，会在特定的频率上产生较强的吸收峰，经过波导管的长距离叠加作用，实现对环境中痕量污染物质的低检出限、高灵敏度监测。进一步的，获取气态混合物在有效频率范围内的频率谱、吸收光谱和折射率谱，确定特征指纹图谱，采用最小二乘法抓取合适的主成分进行分析，采用降维思路把非线性信息保留，将混合物光谱信息进行降维，最终实现待测物质的定量分析，绘制标准曲线，建立待测物质在气体中的太赫兹分析方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术将太赫兹光谱技术应用于环境领域痕量气体的监测中。2)相比于研究背景中的研究技术，本专利技术可以充分利用太赫兹光谱技术基于光学分析法来测定环境中的痕量气态有机物，将大大缩短大气有机污染物复杂的吸附捕集及提取、净化过程，降低实验中大量有机溶剂等耗材的消耗。3)本专利技术对环境中的痕量有机物的监测具有较低的检测限和较高的灵敏度。4)本专利技术利用太赫兹波的光子能量低，不会因电离而对检测物质产生破坏，从而实现对待测物质的无损检测。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置图。图2是甲基对硫磷的太赫兹吸收波谱图。图3是苯乙烯的太赫兹吸收波谱图。图4是测定苯乙烯的标准曲线图。其中：1.太赫兹准直器；2.太赫兹激光发射器；3.聚乙烯封口板；4.待测物进样装置；5.波导装置；6.待测物出样装置；7.太赫兹接收器及处理器；8.太赫兹准直器。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：包括太赫兹激光发射端、太赫兹激光接收端和波导元件，所述波导元件包括待测物进样装置、待测物出样装置和波导管，所述待测物进样装置和待测物出样装置分别设置于波导管的不同端部，太赫兹激光发射端发射的光线穿透波导管前端封口板照射至经待测物进样装置进入的待测气态有机物上产生的吸收峰在波导管内部长距离叠加后，穿透波导管后端封口板至太赫兹激光接收端接收，实现对环境中痕量污染物质的监测。

【技术特征摘要】
1.一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：包括太赫兹激光发射端、太赫兹激光接收端和波导元件，所述波导元件包括待测物进样装置、待测物出样装置和波导管，所述待测物进样装置和待测物出样装置分别设置于波导管的不同端部，太赫兹激光发射端发射的光线穿透波导管前端封口板照射至经待测物进样装置进入的待测气态有机物上产生的吸收峰在波导管内部长距离叠加后，穿透波导管后端封口板至太赫兹激光接收端接收，实现对环境中痕量污染物质的监测。2.如权利要求1所述的一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：所述待测物进样装置为倒圆锥型结构，使激光器发射出的太赫兹光谱最大程度耦合进入波导管。3.如权利要求2所述的一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：所述待测物出样装置为倒圆锥型结构，利于波导管内的光线被太赫兹激光接收端接收。4.如权利要求1所述的一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：所述波导管前端和后端的端部均采用聚乙烯或聚四氟乙烯封口。5.如权利要求1所述的一种测量痕量气态有机物的太赫兹波导型装置，其特征是：所述待测物进样装置内设置有过滤网、进样泵和流量计，气体由进样泵经滤网通过缝状孔道进入到波导管中。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗山，王勇梅，刘爱风，田永，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37