本发明专利技术具体提供了一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。包括多光阱光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔温湿度的温湿度传感器及气路系统。信号采集装置包括照明光光源、光谱仪和光电二极管、第一相机与第二相机；本发明专利技术能够产生单个或多个光阱实现对单个或多个液滴的稳定捕获，信号采集装置能够收集拉曼散射信号、弹性散射信号并同时采集被捕获液滴底面和侧面的图像。反应腔及气路系统能够调控液滴环境条件如相对湿度、反应气体浓度等。利用本发明专利技术可以对气溶胶化学反应过程中液滴的相态、形貌、粒径、折射率、官能团信息等理化性质进行探究。同时，对多个被捕获液滴的操纵，可以用于测量液滴的粘度与表面张力。张力。张力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置
[0001]本专利技术属于大气化学领域和光学领域，尤其涉及一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。
技术介绍
[0002]大气气溶胶颗粒物是指分散在大气中的液体或固体颗粒。气溶胶是引起灰霾的重要物质，对环境、气候和人体健康等都具有重要作用。气溶胶在化学反应过程中的理化性质变化，对于进一步理解气溶胶的环境与健康效应十分重要。在大气中，臭氧和OH自由基是最重要的氧化性物种。挥发性有机物在大气中会被臭氧和OH自由基氧化生成低挥发性有机物或二次有机气溶胶。低挥发性有机物可凝结在气溶胶颗粒物液滴之上，二次有机气溶胶会与气溶胶液滴发生碰并，从而改变气溶胶液滴的理化性质。在此过程中，气溶胶液滴的粘度与表面张力会发生变化，从而影响其形貌、相态与吸湿性等性质，进而影响其气候效应。
[0003]气溶胶光镊技术是一种能够实现气溶胶液滴捕获与原位测量的技术手段。光镊与拉曼光谱联用可以反演气溶胶液滴的粒径、复折射率、形貌等信息，并进一步研究气溶胶的反应性、吸湿性与光学性质等。
[0004]然后，现有的气溶胶光镊也存在一定局限。在我国已公布的专利技术专利申请或专利技术专利授权中，授权公告号为CN114088478B的专利涉及用于悬浮光镊捕获气溶胶的方法和装置。该专利结构为单相机单光阱光镊，无法控制腔室内气溶胶环境相对湿度；无法在腔室内生成臭氧与OH自由基；无法同时捕获多个液滴并进行操纵以研究液滴的粘度与表面张力；不具有双相机的设置，无法同时从底面和侧面对被捕获液滴进行拍摄以研究液滴的空间位置。授权公告号为CN111999295B的专利涉及一种在双光束光阱中重复捕获微球的方法及装置，该专利目的在于实现对单个微球的重复捕获，不涉及密闭反应腔室和气路系统，因此不能用于气溶胶化学反应研究。
技术实现思路
[0005]针对目前单相机单光阱光镊测量气溶胶理化性质的局限，本专利技术提出一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置。可以实现对微米级气溶胶液滴的稳定捕获与气溶胶液滴所处环境相对湿度的精确控制；同时可以在腔室内产生臭氧或OH自由基，实现对氧化性大气环境的实验室模拟；同时可以实现对两个或多个气溶胶液滴的捕获，并对所捕获气溶胶液滴从底面与侧面进行拍摄，以研究被捕获气溶胶液滴的空间位置。
[0006]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0007]一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置，该系统包括光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔内温湿度的温湿度传感器、气路系统；其中，所述气路系统包括液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路和尾气气路；所述信号采集装置包括照明光光源、光谱仪、光电二极管、第一相机与第二相机；所述反应腔包括上下排布、中间以一隔板相隔密封的上腔室与下腔
室，所述上腔室顶部设有第一透明窗口，用于接收照明光光源的输出光；上腔室的侧壁设有两个进气口，分别与湿度控制气路、臭氧产生气路连接；所述下腔室底部设有第二透明窗口，用于接收光镊产生装置的输出光、输出照明光光源的输出光照射液滴后的光和光镊产生装置的输出光在液滴上产生的拉曼散射信号和弹性散射信号；照明光光源的输出光照射液滴后的光进入第一相机，拉曼散射信号送入光谱仪检测，弹性散射信号送入光电二极管检测；所述下腔室侧壁设有第三透明窗口和第四透明窗口，其中第三透明窗口外设置第二相机；第四透明窗口用于接收紫外光；下腔室侧壁还设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与液滴产生气路、有机气溶胶产生气路连接，出气口与尾气气路连接；所述隔板中心为透明材质，四周设有若干孔。
[0008]进一步地，所述液滴产生气路包括依次连接的压缩空气源和雾化器；
[0009]所述湿度控制气路包括压缩空气源和洗气瓶，其中压缩空气源的出口与洗气瓶进口连接，压缩空气源的出口与洗气瓶出口之间设有旁路，通过调节压缩空气源进入洗气瓶与旁路的流量控制湿度；
[0010]所述臭氧产生气路包括依次连接的压缩空气源和臭氧发生器；
[0011]所述有机气溶胶产生气路包括依次连接的压缩空气源和装有挥发性有机物液体的挥发性有机物容器。
[0012]进一步地，所述液滴产生气路、湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路上均设有质量流量控制器。
[0013]进一步地，液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路中的压缩空气源为同一压缩空气源。
[0014]进一步地，所述尾气气路包括一排气扇。
[0015]进一步地，所述光镊产生装置包括沿光路传播依次设置的激光器、光隔离器、第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、空间光调制器、第四凸透镜和油浸物镜；其中所述激光器用于产生高斯激光束，所述光隔离器用于消除回程光束对激光器的影响，第一凸透镜和第二凸透镜用于扩束准直激光束，第三凸透镜用于聚焦激光束；空间光调制器用于将一束激光束调制成多束激光；第四凸透镜用于扩束被调制的激光，最后扩束的激光经油浸物镜汇聚通过第四窗口进入下腔室。
[0016]进一步地，所述第二凸透镜与第三凸透镜之间设有第一反射镜，第四凸透镜和油浸物镜之间依次设有第二反射镜、第一分光镜和第四反射镜。
[0017]进一步地，还包括第二分光镜和低通滤波片，照明光光源的输出光照射液滴后的光通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、并由第二分光镜反射后通过低通滤波片进入第一相机。
[0018]进一步地，还包括第三分光镜和陷波滤波片，拉曼散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜并由第三分光镜反射后通过陷波滤波片进入光谱仪。
[0019]进一步地，还包括中性密度滤波片，弹性散射信号通过油浸物镜、第四反射镜反射、通过第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜后经第三反射镜反射后通过中性密度滤波片进入光电二极管。
[0020]进一步地，第三透明窗口采用高通滤波材质，第四透明窗口的材质为紫外增透材
质。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术能够产生单个或多个光阱实现对单个或多个液滴的稳定捕获，信号采集装置能够收集拉曼散射信号、弹性散射信号并同时采集被捕获液滴底面和侧面的图像。反应腔及气路系统能够调控液滴环境条件如相对湿度、反应气体浓度等。利用本专利技术可以对气溶胶化学反应过程中液滴的相态、形貌、粒径、折射率、官能团信息等理化性质进行探究。同时，对多个被捕获液滴的操纵，可以用于测量液滴的粘度与表面张力。
附图说明
[0022]图1为一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置光路与气路示意图；
[0023]图2为反应腔的具体结构。
[0024]图中：1.激光器；2.光隔离器；3.第一凸透镜；4.第二凸透镜；5.第一反射镜；6.第三凸透镜；7.空间光调制器；8.第四凸透镜；9.第二反射镜；10.第一分光镜；11.第二分光镜；12.低通滤波片；13.第一相机；14.第三分光镜；15.陷波滤波片；16.光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双相机多光阱光镊的气溶胶化学反应装置，其特征在于，该系统包括光镊产生装置、信号采集装置、反应腔、用于检测反应腔内温湿度的温湿度传感器、气路系统；其中，所述气路系统包括液滴产生气路、用于调控液滴环境相对湿度的湿度控制气路、臭氧产生气路、有机气溶胶产生气路和尾气气路；所述信号采集装置包括照明光光源、光谱仪、光电二极管、第一相机与第二相机；所述反应腔包括上下排布、中间以一隔板相隔密封的上腔室与下腔室，所述上腔室顶部设有第一透明窗口，用于接收照明光光源的输出光；上腔室的侧壁设有两个进气口，分别与湿度控制气路、臭氧产生气路连接；所述下腔室底部设有第二透明窗口，用于接收光镊产生装置的输出光、输出照明光光源的输出光照射液滴后的光和光镊产生装置的输出光在液滴上产生的拉曼散射信号和弹性散射信号；照明光光源的输出光照射液滴后的光进入第一相机，拉曼散射信号送入光谱仪检测，弹性散射信号送入光电二极管检测；所述下腔室侧壁设有第三透明窗口和第四透明窗口，其中第三透明窗口外设置第二相机；第四透明窗口用于接收紫外光；下腔室侧壁还设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与液滴产生气路、有机气溶胶产生气路连接，出气口与尾气气路连接；所述隔板中心为透明材质，四周设有若干孔。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液滴产生气路包括依次连接的压缩空气源和雾化器；所述湿度控制气路包括压缩空气源和洗气瓶，其中压缩空气源的出口与洗气瓶进口连接，压缩空气源的出口与洗气瓶出口之间设有旁路，通过调节压缩空气源进入洗气瓶与旁路的流量控制湿度；所述臭氧产生气路包括依次连接的压缩空气源和臭氧发生器；所述有机气溶胶产生气路包括依次连接的压缩空气源和装有挥发性有机物液体的挥发性有机物容器。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液滴...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志彬，裴祥宇，陈粤玲，徐正宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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