[发明专利]一种用于透明溶液浓度变化的实时测量方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程动力学测试领域，尤其涉及一种适用于测量透明溶液浓度改变量的测量方法。

背景技术

溶液浓度是表征溶液特性的一个重要参数。溶液浓度变化的检测和测量是制药、材料、化学等领域十分重要的课题。化学领域，当溶液内部发生反应，分析浓度的动态变化对阐明化学反应机理有着重要的意义。传统的测量手段如浓度计、光度计等通常只能测量静态下的溶液浓度，而当溶液浓度动态变化时，难以达到实时测定。

数字全息显微术可以利用光束干涉全息图像同时获得溶液位置、数量、相位以及形貌信息，在溶液浓度变化时，能对溶液变化进行实时观察。但是，目前尚无溶液浓度进行实时定量测量的方法。

数字全息计量法是一种常用的无损检测技术，是全息计量术发展，它具有精度高、对被测物(或场)无影响、实时性强等特点，几乎是数字全息最成功的应用领域。全息计量法与一般的光学干涉检测法类似，他们有类似的精度和灵敏度，区别是一般光学检测获取干涉光的方式为主要有分波前法和分振幅法。分波前法是将一束光的波前分成两个或以上部分再发生干涉，如双缝干涉等：分振幅法时将一束光的振幅分成两个或以上部分，如近克尔逊干涉仪等。而全息干涉是将同一束光的不同时刻的波前分开然后进行干涉.这种方法的好处是可以减小装置的系统误差。全息干涉不仅可以测量透明物体，也可以测量非透明物体。而数字全息采用CCD代替全息干板后，全息图存贮和处理更加方便，并且CCD的图像记录时间比全息干板要低的多，使数字全息的干涉计量术比光学全息术的应用领域更加广泛，尤其在对动态过程的处理中更具有光学全息计量术不可比拟的优势。

在测量溶液浓度方面，硕士论文“基于干涉法测量溶液浓度变化的研究”中，将干涉图经过相应的计算机软件通过傅里叶变化转化为频谱图，再经傅里叶逆变换解出相位差。此外，在山东大学的另一篇硕士论文(作者：袁博宇等)中，采用的是改变透镜位置获得载波条纹的方法解析相位差，该方法很容易破坏光路，增加实验难度和不确定性。

发明内容

为提升测量准确度，弥补传统测量技术对浓度动态变化溶液测量的不足，本发明提供了一种用于透明溶液浓度变化的实时测量方法，从而可用于铜合金等各类金属阳极腐蚀定量测量、晶体材料制备中溶液浓度控制、溶液中催化剂表面浓度变化、化学和生物实验中溶液组分变化测定等。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于透明溶液浓度变化的实时测量方法，包括步骤：

1)测量用的激光由分束器分为平行的物光和参照光，穿过待测的透明溶液且携带有溶液信息的物光经成像透镜收集并与参照光在分束棱镜处干涉，形成同心圆条纹的干涉图像；

2)当溶液浓度变化时，重复步骤1)中的操作，得到发生条纹畸变的干涉图像；

3)对步骤1)和步骤2)中的干涉图像进行光强拟合，提取两幅图中测量点的光强信息，算得测量点的干涉相位差；

4)根据相位差和溶液折射率的线性关系以及溶液折射率与溶液浓度的线性关系，计算测量点的溶液浓度变化量。

其中，所述的透明溶液盛放在透明样品皿内，且置于所述成像透镜的一倍焦距与二倍焦距之间，起到放大显微作用。

分束后的物光和参照光的光路上设有空间滤波器滤波和准直透镜，起到滤波作用。

在所述的步骤3)中，待测的透明溶液浓度分布均匀，光强表示为：