电解质溶液中超声光栅衍射特性的研究

实验探究超声光栅衍射在电解质溶液与非电解质溶液中的区别,结果表明电解质溶液中的衍射光强比非电解质溶液的光强明显降低,且电解质溶液中电解质浓度越高,光强越弱.通过求解麦克斯韦方程,在二级近似下得到电解质溶液中超声光栅透射光的0级、1级振幅表达式,理论上证明了在电解质溶液中由于存在大量带电离子,因此使衍射光强有明显的下降,理论结果与实验现象一致.     

基于控温系统的超声光栅测量透明液体浓度

浓度是描述溶液特性的重要物理量,随温度的改变而发生变化.基于超声光栅测量透明液体中声速的方法,以透明溶液氯化钠溶液为例,通过控制变量法研究了声速、浓度、温度三者之间的关系,最终定量得出三者所满足的方程,实现了不同温度下浓度的测量.结果表明,该方法测量液体浓度置信度高,相对误差小,且广泛适用于透明液体浓度的测量,具有时效性高、反映时间短、精度高等优点。     

超声传感器测不同浓度溶液中的声速及研究

介绍了超声传感器等的应用,得出了通过相位比较法测量在不同浓度溶液中的声速并进行研究的一种新方法。同时利用C语言编程进行数据处理,避免了烦琐的计算且误差较小,使结论更合理。     

基于掠入射法溶液浓度测量系统研究

根据溶液浓度与其折射率的关系,提出用掠入射法测量溶液浓度的方法.利用其临界光线的折射角进行透明介质溶液浓度的精确测量,研发出测量实验系统.分析了临界光线的折射角与其浓度的关系,给出溶液浓度与折射角之间的简单数学解析式.用该系统对5%-80%的甘油溶液进行测量,结果最大绝对偏差小于0.003%.     

电解质溶液的太赫兹透射特性研究

许多生物大分子的振动和转动能级都在太赫兹波段,且太赫兹波具有光子能量低,峰值功率高的特点,因此用太赫兹技术进行检测,能够从很大程度上保证生物分子不被破坏.然而,大部分的生物分子只有在水溶液中才能保持其生物活性,且水是极性分子,对太赫兹波有强烈的吸收,因此使用常规的太赫兹技术检测水溶液中生物样品的特性存在一定困难.设计了...     

基于微流控芯片的电解质溶液太赫兹吸收特性研究

由于许多生物分子的振动和转动能级均在太赫兹波段,且太赫兹波具有电子能量低（约4 meV）,不会破坏待测样品的特性,因此可以采用太赫兹光谱技术检测生物样品。然而许多生物分子在液体环境中才能保持其生物活性,需要在盐溶液中来探究酸碱环境对其的影响,以及在盐类缓冲液中研究其生物特性。但水作为极性液体对太赫兹波有强烈的吸收,因此,探究如何减少水对太赫兹吸收的方法非常必要。水对太赫兹的吸收主要因水分子间氢键造成,现阶段最常见的方法是减少水与太赫兹波的作用距离以及破坏水分子间的氢键。利用夹心式微流控芯片在太赫兹时域光谱系统下通过观察光谱强度变化来探究电解质对水分子间氢键的影响,既减少了水和太赫兹波的作用距离,又探究了电解质对水分子间氢键的作用。在微流控芯片中分别加入不同种类以及不同浓度的电解质,通过观察其在0.1～1.0 THz范围内的光谱强度变化来分析不同电解质对水分子间氢键的影响。部分电解质促进氢键的缔合,而另一部分则破坏氢键的形成,在太赫兹光谱范围内表现为光谱强度的变化。若促进氢键的缔合则对太赫兹吸收变大,光谱强度减弱;若破坏氢键的缔合则对太赫兹吸收减弱,光谱强度增加。研究结果发现：在水中加入KCl和KBr时,太赫兹光谱强度增加,表明二者对氢键有破坏作用,使得光谱强度变大;然而当加入MgCl₂和CaCl₂时,太赫兹光谱强度减弱,表明二者对氢键有缔合作用,从而使光谱强度变小。利用太赫兹技术在0.1～1.0 THz范围内研究KCl,KBr,MgCl₂和CaCl₂这四种不同浓度的电解质溶液特性,发现它们只会对光谱强度造成一定影响,不会引入新的特征吸收峰以及对待测样品造成干扰。这对于研究诸如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等在0.1～1.0 THz范围内有特征吸收谱的生物分子具有一定的实用价值。在溶液中加入所需的电解质并借助微流控芯片不仅可以识别待测样品、研究待测样品的光谱信息、探究其生物特性,而且为进一步推动太赫兹技术在生化方面的应用研究提供了先决条件。     

基于离子交换条波导的生物溶液浓度传感研究

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法,给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件,导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解,拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决,样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上,试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构,验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液,最低检测限为0.1 μM,实现了低浓度微量测试,验证了条波导传感机制的有效性.     

硝酸溶液的超声研究

用自动化脉冲回波声速测量仪测量了重量百分比浓度范围为20%~99%的硝酸在不同温度时的超声波速度。计算得诸如摩尔声速、声阻抗、绝热压缩系数、分子间自由程以及纯HNO₃液体的声速等参数,另外还推算出超额声速、超额摩尔体积、超额绝热系数、超额分子间自由程等参数。结果显示,随着硝酸浓度的增加,溶液中的离子间相互作用可能存在着先增加尔后又减小的现象。     

超声光栅与平面透射光栅衍射图样的比较研究

分析了超声光栅的形成机理,给出了超声光栅衍射图样光强分布的解析表示,通过理论分析和数值模拟对超声光栅与平面透射光栅的衍射图样进行了比较研究.结果表明其衍射主极大满足类似的光栅方程,但衍射条纹的强度分布不同;都能产生缺级现象,但规律不同;超声光栅是一种动态光栅,各级衍射谱线的频率不同.     

基于虚拟示波器动态判别溶液浓度

根据液滴对光具有会聚的特点以及溶液浓度与其折射率有定量的对应关系，设计了基于虚拟示波器动态判别溶液浓度的光电测量方法．     

基于光纤光谱仪的溶液浓度测量系统

设计了一种基于光纤光谱仪的溶液浓度测量系统。利用该系统对已知浓度的KMnO_4溶液进行吸收光谱测量,探究溶液浓度与吸光度之间的关系。结果表明吸收光谱中的三个波峰处,吸光度数值与溶液浓度之间的线性相关程度均大于0.99,与理论有着良好的一致性。本系统同时具有结构紧凑与测量精确可靠的特点,可有效提高溶液浓度测量效率,非常适用于本科教学和科研工作。     

高温高压下电解质溶液谱学研究的进展

高温高压下电解质溶液研究在理论和工业应用上都具有重要的意义，拉曼光谱、红外光谱、紫外可见光谱、中子和X射线衍射、以及X射线吸收精细结构方法都已经用于它的研究。随着温度升高，溶液的结构发生了变化，离子的缔合度增加，内层配位水的数目减少，出现了离子的多核簇组成。除了静态结构的研究外，也用拉曼光谱进行溶液的动力学探讨。水热金刚石压腔装置是高温高压电解质溶液研究的一个重要的进步，在水热金刚石压腔装置中，拉曼光谱和X射线吸收精细结构两种方法具有重要的应用潜力。     

基于长周期光纤光栅的折射率与浓度传感方案的研究

采用简化的3层光纤模型，利用耦合模理论对长周期光纤光栅周围环境折射率、浓度敏感特性进行研究，并用计算机进行模拟及数值计算．得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境折射率及浓度的关系．实验证明测量结果与计算机模拟结果基本吻合。     

基于金属光栅的氨基酸溶液太赫兹光谱检测

基于太赫兹金属光栅谐振传输现象,利用金属光栅表面等离子体共振对周围介质敏感的特性,设计了一种由金属光栅、样品池和高阻硅基底组成的免标记生物传感器.利用这种传感器在太赫兹时域光谱下测量了苏氨酸和精氨酸溶液的太赫兹透射光谱.结果表明:苏氨酸和精氨酸的共振频率随着溶液浓度改变在0.6～0.75 THz之间出现频移,并且苏氨酸和精氨酸的混合样品的光谱并不是两者光谱的线性叠加.     

不同浓度下溶液的色散研究

改进了测量液体色散的棱镜法,并用于测量水的色散,得到了与文献一致的结果．利用该方法测量氯化钠和葡萄糖在不同浓度下的色散曲线,按照Cauchy经验公式拟合实验数据,得到了拟合常数与浓度的关系．通过理论分析,实验规律得到了合理的解释．     

基于超声光栅衍射的液体密度测试

采用超声波与光栅衍射的联合实现液体密度的测量.超声波发生器在周期性高频正弦电信号的激励下产生超声波,此超声波在样品池液体中传输可以产生周期性排布的疏密纵波,进而使液体的折射率呈现周期性排列,当激光束垂直入射此液体时,会产生类似光栅的作用.通过CCD采集分析经过样品池后单色出射光线的衍射图样,得出液体的密度.     

基于光纤光栅传感的金属薄板超声探测

搭建了光纤光栅检测超声应力波系统,并阐述其工作原理,以动态应变与光纤光栅中心波长漂移量间关系为基础,推导得出输出电压与板中应变成线性关系.采用超声信号发生器发射28kHz的脉冲信号激励超声振子,通过有机玻璃楔形块将激励传递至5052铝合金薄板产生超声应力波,并利用光纤光栅应变传感器对其进行探测.在板上开一98mm长裂缝,测得超声应力波中出现新的波包,通过计算损伤前后新增波包到来的时间差确定裂缝位置,所测结果与实际位置偏差为2.7mm.该实验表明光纤光栅可代替超声探头来实现对低频超声波的探测.     

利用光栅光谱仪研究乙醇汽油溶液的吸收特性

利用WGD-8A型多功能光栅光谱仪测量了不同汽油体积含量的乙醇汽油溶液对波长为300.0～430.0 nm光的吸收光谱,分析了乙醇汽油吸光度和汽油浓度的关系,在稀溶液吸光度的朗伯-比尔定律基础上,进一步研究了2种高浓度混合溶液吸光度的计算方法,并得出了入射光波长为377.0,382.0,391.5,410.9 nm时乙醇汽油的吸光度与汽油体积浓度的关系式.     

倾斜光纤光栅溶液折射率传感器的实验研究

根据倾斜光纤光栅(TFBG)和表面镀金的TFBG传感器测量折射率的基本原理,通过OptiGrating软件模拟了不同浓度溶液下TFBG的透射谱和芯层模与某阶包层模耦合引起的谐振峰,初步得出了TFBG各阶包层模随着外界折射率的增大而向右偏移、在一定的传感范围内中心波长与外界折射率呈线性关系的结论。用小型离子溅射仪对TFBG镀45 nm厚度左右的金膜,并用扫描电镜在微观上观察镀膜效果。通过不同浓度下的NaCl溶液、MgCl₂溶液、CaCl₂溶液实验,对比研究了裸TFBG和镀金TFBG传感器对溶液折射率的传感特性。从而验证了模拟仿真得出的结论并定量分析得知：镀金后具有表面等离子体共振的TFBG溶液折射率灵敏度大于500 nm·RIU-1,而裸TFBG为2 nm·RIU-1左右,大约提高了200～300倍,且在一定范围内中心波长与溶液折射率的线性拟合度都在0.99以上。     

基准波长法测定溶液温度的研究

近红外光谱分析已广泛应用于工业、农业等领域,然而其测量精度极易收到外界干扰因素的影响,其中温度变化最不易控制,且是一个不可忽视的影响因素。文章基于溶液中溶质与溶剂的置换效应,提出了一种对样品进行温度测量的基准波长法,并以葡萄糖水溶液作为研究对象,对该方法进行了理论推导和实验研究。溶液中溶质浓度和温度均发生变化时,基准波长1 525 nm处的吸光度变化量完全受温度变化的影响,而与溶质浓度无关,因此根据基准波长点处的吸光度变化可以获得样品温度信息。计算不同温度下纯水光谱与30 ℃下纯水光谱之间的吸光度变化量,获得基准波长点处吸光度变化值与温度的一元线性回归模型,以此为基础对溶液进行了温度计算。实验结果表明,该方法能对样品的温度进行准确测量,获得的温度误差为0.03 ℃。