现有的国标光度法无法直接测定流程工业中连续反应单元生产过程的污染物, 主要原因是氧气在深紫外区对紫外光的吸收干扰了紫外分光光度计对目标物质的检测, 导致检测结果存在一定程度偏差。 因此, 解决这一问题的关键核心是稳定获取深紫外区不同特征波长物质的高灵敏光度信息。 在紫外分光光度计基础上加装氮气输配系统, 同时设计了自动进样流通池及进样托盘以实现检测间隙自动进样功能, 减少检测间隙氮气消耗。 为提高仪器稳定性, 分别精准控制通入仪器内部光学系统区、 样品室和数据接收区三个腔体的氮气流量, 数值分别为6, 2和3 L·min-1, 使仪器基线平直度平均值由0.108降低至0.010, 较空气条件削减了90.7%。 通过对比空气与氮气两种气氛下直接测定SO2-4的吸光度、 灵敏度、 灵敏度变化量和线性范围的差异, 发现氮气气氛下检测结果的吸光度和灵敏度在光程b=1~100 mm范围内均有提升, 灵敏度变化量随b=1 mm时的10.42%增大至b=100 mm时30.65%, 线性范围却随光程的增加由0.09 g·L-1缩短至0.03 g·L-1。 说明氮气输配系统能够成功抑制检测过程中紫外光强度的衰减。 与检测SO2-4的常用方法之一的离子色谱法相比, 该方法具有检测便捷、 检测结果稳定可靠并且经济效益良好的优势, 可为工业实际应用奠定基础。

目前微型分光光度计已广泛应用于水质在线分析仪器中, 而杂散光作为分光光度计检定中的一个重要指标, 其大小对于测量结果具有很大的影响。理论分析了杂散光的来源及其对分光光度计测量结果的影响, 搭建了测试平台, 对两台不同程度杂散光的微型分光光度计进行了检测, 并将其分别应用于六价铬水质分析仪中, 对不同浓度的标准溶液进行了测量, 结果表明, 杂散光的存在会引入较大的测量误差, 且随着溶液浓度的增大, 其影响更加严重。因此, 在仪器设计制造和实际应用工作中须重视对杂散光的抑制和控制, 从而提高仪器的测量精度, 进一步保证用水安全, 降低水质污染带来的各种风险。

研制了一种分光光度计, 其具有结构小、波段范围宽、分辨率高等特点, 并基于该分光光度计搭建了一套多参数水质在线分析系统, 通过对总磷、总氮、氨氮各标准溶液的吸光度值的测量, 得到了该分析系统中总磷参数分析模块的准确度为-3.405%, 重复性为1.080%, 总氮参数分析模块的准确度为3.462%, 重复性为1.625%, 氨氮参数分析模块的准确度为0.847%, 重复性为0.809%, 均满足相关标准中规定的计量要求。结果表明该分光光度计能够满足多参数水质在线分析测量系统的应用需求, 实现了多参数一体化以及水质检测的实时化、快速化、自动化、便携化。

基于交叉非对称式Czerny-Turner系统,研制了一种宽光谱、高分辨率的微型分光光度计。采用三次多项式拟合的方法对该分光光度计进行波长标定,测得其相对波长误差小于0.1 nm。采用该分光光度计搭建一套实验测量系统,并配制显色剂与六价铬标准溶液,测试该系统的性能。结果表明:该分光光度计能够满足六价铬水质在线分析仪的应用需求,为实现高精度、多波长水质参数在线监测提供了解决方案。

基于交叉非对称式切尔尼-特纳系统设计了一种宽光谱高分辨率微型分光系统,采用Zemax光学设计软件进行了光路设计、优化及像质分析后,得到了尺寸为70 mm×42 mm×15 mm、波长范围为200~750 nm、分辨率为1.5 nm的分光系统,并搭建了实验光路对设计结果进行了性能验证,结果表明该系统满足了设计指标要求,具有小型化、高分辨率、结构简单、成本低等特点,可应用于水质在线自动分析仪器中进行多种水质参数的监测。

采用紫外-可见吸收光谱法定性检测有机物蒸气。 用聚乙烯薄膜做介质, 用紫外-可见分光光度计检测有机物蒸气, 获得大豆油、 葵花籽油、 花生油、 油菜籽油、 芝麻油、 棉花籽油和油桐种油植物油蒸气, 以及丙酮、 乙酸乙酯、 95%乙醇和冰乙酸有机化合物蒸气的紫外-可见吸收光谱图。 结果显示: 通过仪器调零, 很好地清除聚乙烯薄膜的紫外-可见吸收光谱, 获得了所检测植物油蒸气和有机化合物蒸气的紫外-可见吸收光谱, 对不同的植物油和不同的有机化合物均有很好的区分性, 检测所获得的各植物油蒸气紫外-可见吸收光谱图的λmax、 λmin、 吸收峰的数目、 位置、 拐点均不一致, 可以很好的区分各种植物油, 对有机化合物也有很好的检测。 方法的重现性好, 葵花籽油蒸气10次检测所得的紫外-可见吸收光谱图完全一致。 实验结果表明, 聚乙烯薄膜作为紫外-可见吸收光谱定性分析用的介质, 用于植物油和有机化合物蒸气的检测, 具有分析速度快、 重现性好、 准确可靠、 成本低等特点, 可提供有机物蒸气的特征信息和有机化合物的结构信息, 为化合物和有机物蒸气的鉴定提供新的检测方法。

采用一套光电转换系统并增加一个正交信号发生器,设计了正交相关的双光束分光光度计.光电转换系统包括一个光电二极管、一个信号滤波放大和一个AD转换;正交信号发生器是一个部分直通的旋转圆盘,每一个周期它将参考信号和样品信号以正交相关的编码形式同时投射到光电转换系统上,转换得到的复合信号除了参考信号和样品信号,还包括光电二极管的暗电流信号.主控制系统按照三个信号各自的编码将它们分别分离并还原出来供后续分析计算用.由于正交相关的双光束分光光度计只采用一套光电转换系统且正交信号发生器每一个旋转周期都可以检测参考信号、样品信号、暗电流信号,避免了由于转换器件个体差异和检测时间的不同而产生的测量误差.实验验证了正交相关的双光束分光光度计在稳定性和测量精度上具有一定的优势.

通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计.将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测.分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统.设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10 nm,谱面长度9.12 mm,体积仅为57 mm×54 mm×23 mm,满足设计指标要求.通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小.该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。