基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法，包括沿检测光路依次布置的激光器、光阑、半波片、第一格兰偏振镜、比色皿、四分之一波片、第二格兰偏振镜和光功率计；激光器用于发出线偏振光；光阑用于限制激光的杂散光；半波片用于调节激光的光强；第一格兰偏振镜用于对激光光束进行预选，并将经预选的激光光束垂直入射比色皿；比色皿用于对左旋光和右旋光的吸收产生振幅差；四分之一波片和第二格兰偏振镜均用于后选择并输出光强由光功率计的记录结果。本发明专利技术采用上述基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法可直接、快速、高精度地检测出水溶液中的铜离子含量，适用于低浓度含量的铜离子检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]水环境的重金属污染对我们的生活造成了严重的影响，不仅降低日常生活中饮用水的质量，而且对自然环境造成了不可逆的影响，威胁着地球其他生物的生存。其中，水体中的重金属元素铜(Cu
2+
)对人体有着巨大的危害，国家对水体中铜离子的含量有着严格的标准。因此，针对重金属检测的仪器设备研究是环境检测研究的重中之重。
[0003]现有的对水环境重金属的检测方法都有其特定的局限性：阳极溶出伏安法会受到水中有机物的干扰并且容易对水环境造成二次污染；原子吸收光谱法只能针对一种元素，而且仪器设备价格昂贵；分光光度法存在体积笨重，价格昂贵等缺点，并且目前较为常见的便携式分光光度计的检测限还没有达到国家饮用水重金属含量标准，只能较为粗略地检测出水体中重金属含量。
[0004]且在此过程中，如何克服实地检测的噪声干扰仍然是一大挑战，在抵抗外界噪声干扰的情况下，研究对目标水体的重金属含量(尤其是铜离子含量)进行实地快速检测的方法尤其重要。
[0005]同时，光学测量以其快速、非接触、高精度等独特优点在科学研究和实际应用中发挥着重要作用，是重要的精密测量手段之一，但是现有缺少对光学测量应用于水体重金属检测中的研究。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法可直接、快速、高精度地检测出水溶液中的铜离子含量，适用于低浓度含量的铜离子检测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，包括沿检测光路依次布置的激光器、光阑、半波片、第一格兰偏振镜、比色皿、四分之一波片、第二格兰偏振镜和光功率计；
[0008]所述激光器用于发出线偏振光；
[0009]所述光阑用于限制激光的杂散光；
[0010]所述半波片用于调节限制杂散光后的激光的光强；
[0011]所述第一格兰偏振镜用于对激光光束进行预选，产生前选择态|ψ
i
>，并将经预选的激光光束垂直入射装有铜离子络合物水溶液的所述比色皿；
[0012]所述比色皿用于利用盛放的铜离子络合物溶液对左旋光和右旋光的吸收产生振幅差；
[0013]所述四分之一波片和所述第二格兰偏振镜均用于后选择并输出光强由光功率计
的记录结果。
[0014]优选的，所述铜离子络合物溶液为由铜离子、L
‑
色氨酸和菲啰啉构成的三元络合物水溶液。
[0015]优选的，所述激光器为用于发出632.8nm的线偏振激光He
‑
Ne激光器。
[0016]优选的，所述第一格兰偏振镜和所述第二格兰偏振镜的消光比均为100000：1。
[0017]优选的，所述第一格兰偏振镜的光轴方向为水平方向，所述四分之一波片的光轴方向为竖直方向，所述第二格兰偏振镜的光轴方向与竖直方向间隔γ角度，0
°
＜γ＜90
°
。
[0018]优选的，入射光通过第一格兰偏振镜的状态为：
[0019][0020]式中，|+>＝(|H>+i|V>)/2和|
‑
>＝(|H>
‑
i|V>)/2分别表示左旋圆偏振态和右旋圆偏振态，且H>和V分别代表水平偏振态和垂直偏振态。
[0021]优选的，当光束通过铜离子络合物溶液，由于铜离子络合物水溶液对左旋圆和右旋圆偏振光的吸收不同会产生振幅差，此过程的计算公式为：
[0022][0023]式中，β表示光束穿过铜离子络合物溶液后产生的振幅变化，是对应于系统的可观察对象的运算符。
[0024]基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测方法，包括以下步骤：
[0025]S1、利用超声波溶解不同浓度的铜离子络合物溶液；
[0026]S2、在激光器开启前的黑暗状态下，打开光功率计进行调零；
[0027]S3、开启激光器，待激光器功率稳定后，用移液枪将其中一种浓度的铜离子络合物溶液移入比色皿中，静置三分钟；
[0028]S4、获取圆二色信号β：
[0029]首先调整第二格兰偏振镜的后选择角度为0.01rad，通过光功率计记录后选择光强的数值I
+
；再次调整第二格兰偏振镜的后选择角度为
‑
0.01rad，通过光功率计记录后选择光强的数值I
‑
；而后计算平均光强I
ave
和差分光强I
δ
，得到强度对比度，从而得到圆二色信号β；
[0030]S5、利用移液枪将铜离子络合物溶液吸出，再注入去离子水溶液清洗比色皿，然后利用移液枪放入下一个浓度的铜离子络合物水溶液，重复步骤S1
‑
S4的操作。
[0031]优选的，在步骤S4中，经过整个系统后的光路偏振度表示为：
[0032][0033]对于圆二色信号的测量，后选择偏振态构造为：
[0034][0035]式中，γ是后选择角，
±
表示偏振方向与预选择正交的两个对称后选择状态；
[0036]得到后选择光对应的测量强度表示为：
[0037][0038]式中，A
ω
±
＝
±
cotγ是圆二色信号测量时的弱值，上式的近似条件为I0表示未经后选择的初始光强。
[0039]带入公式(5)化简得到如下强度对比度计算公式：
[0040][0041]其中，I
δ
＝I
+
‑
I
_
表示对称后选择对应的强度差分，I
+
表示当后选择角γ为+0.01rad时的光功率计记录的光强值，I
‑
表示当后选择角为
‑
0.01rad时的光功率计记录的光强值，I
ave
＝(I
+
+I
_
)/2表示对称后选择的平均光强；
[0042]整理得到圆二色信号β：
[0043][0044]优选的，步骤S5中的移液分为三次，以避免待测铜离子络合物水溶液被过度稀释。
[0045]因此，本专利技术采用上述弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置及检测方法可直接、快速、高精度地检测出水溶液中的铜离子含量，适用于低浓度含量的铜离子检测。
[0046]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0047]图1为本专利技术的结构示意图。
[0048]图2为本专利技术的方法流程图；
[0049]图3为本专利技术的第一格兰偏振镜的光轴方向为示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：包括沿检测光路依次布置的激光器、光阑、半波片、第一格兰偏振镜、比色皿、四分之一波片、第二格兰偏振镜和光功率计；所述激光器用于发出线偏振光；所述光阑用于限制激光的杂散光；所述半波片用于调节限制杂散光后的激光的光强；所述第一格兰偏振镜用于对激光光束进行预选，产生前选择态|ψ
i
>，并将经预选的激光光束垂直入射装有铜离子络合物水溶液的所述比色皿；所述比色皿用于利用盛放的铜离子络合物溶液对左旋光和右旋光的吸收产生振幅差；所述四分之一波片和所述第二格兰偏振镜均用于后选择并输出光强由光功率计的记录结果。2.根据权利要求1所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：所述铜离子络合物溶液为由铜离子、L
‑
色氨酸和菲啰啉构成的三元络合物水溶液。3.根据权利要求1所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：所述激光器为用于发出632.8nm的线偏振激光He
‑
Ne激光器。4.根据权利要求1所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：所述第一格兰偏振镜和所述第二格兰偏振镜的消光比均为100000：1。5.根据权利要求1所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：所述第一格兰偏振镜的光轴方向为水平方向，所述四分之一波片的光轴方向为竖直方向，所述第二格兰偏振镜的光轴方向与竖直方向间隔γ角度，0
°
＜γ＜90
°
。6.根据权利要求1所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：入射光通过第一格兰偏振镜的状态为：式中，|+>＝(|H>+i|V>)/2和|
‑
>＝(|H>
‑
i|V>)/2分别表示左旋圆偏振态和右旋圆偏振态，且|H>和|V>分别代表水平偏振态和垂直偏振态。7.根据权利要求6所述的基于弱值放大的铜离子溶液浓度的检测装置，其特征在于：当光束通过铜离子络合物溶液，由于铜离子络合物水溶液对左旋圆和右旋圆偏振光的吸收不同会产生振幅差，此过程的计算公式为：式中，β表示光束穿过铜离子络合物溶液后产生的振幅变化，是对应于系统的可观察对象的运算符...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐婷婷，李军，李杰，梁潇，何宇，高滢，孙萍，李朝阳，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：