红外测温新技术

通过介绍红外辐射的一般性质和红外测量新技术说明黑体辐射定律的具体应用。     

迥然不同的pV=nRθ与pV=nRT

理想气体的状态方程ｐＶ＝ｎＲθ,是依据三个实验定律进行热力学理论推导的结果。根据它可以用理想气体实现热力学温标。ｐＶ＝ｎＲＴ是依据实验事实得到的理想气体绝对温标的定义式。两者的物理意义是不相同的。     

PNTU探针-荧光猝灭法测定Hg2+的含量

制备了一种硫脲分子PNTU探针,基于其对Hg~(2+)的专一性比色识别,建立了荧光猝灭法测定Hg~(2+)含量的方法。在4-溴-1,8-萘酐的乙醇溶液中,逐滴加入2 mL 80%(质量分数)水合肼溶液,反应完成后,经抽滤,乙醇、水洗涤后干燥,再加入10 mL吡咯烷,在氮气保护下继续反应,得到红褐色固体。将其溶于15 mL乙腈中,室温搅拌下滴加1 mL异硫氰酸苯酯,反应完成后,经减压浓缩、水洗得到PNTU探针。将PNTU探针溶液与体积比为8∶2的乙腈-4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲液的混合液混匀,然后加入含Hg~(2+)的样品溶液,采用荧光猝灭法测定体系的荧光强度。结果显示:当加入Hg~(2+)时,体系的荧光强度明显降低,溶液颜色由黄色变成橙红色;干扰试验表明PNTU探针在有其他金属离子存在的情况下仍可检测出Hg~(2+);Hg~(2+)浓度在20.0μmol·L~(-1)以内与其对应体系的荧光强度降低值呈线性关系,检出限(3S/N)为1.8 nmol·L~(-1);对实际水样进行3个浓度水平的加标回收试验,Hg~(2+)的回收率为99.6%～104%,测定值的相对标准偏差(n=5)为0.85%～2.6%。基于PNTU探针制备了Hg~(2+)的检测试纸,可方便快捷地检测样品中是否存在Hg~(2+)。     

基于微滤膜辅助分离原子光谱/手机比色生物分析新方法研究

原子光谱-生物分析高度依赖于对目标物的有效分离。现有的分离方法普遍存在步骤繁琐、仪器昂贵且无法即时检测等问题。过滤作为最传统的分离方法,具有简单快速的优点。基于微滤膜能有效区分富含T碱基的铜纳米团簇(Cu NCs)与Cu²⁺、 CdTe量子点(CdTe QDs)与Cd²⁺的现象,建立滤膜辅助分离的原子光谱/手机比色双模式生物分析策略,用于高灵敏检测末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)、 T4多核苷酸激酶(T4 PNK)。该实验成功实现单细胞水平上的人急性淋巴白血病细胞及人胚胎肾细胞中TdT和T4 PNK酶的检测,在此基础上,详细讨论了滤膜选择性分离机理,研究发现孔径分离和道南效应在分离过程同时起主导作用。     

不同封装光纤低温测温性能研究

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器由于具有抗电磁干扰、耐高压、可连续测温等优点,在超导电缆及相关超导电力装置中具有潜在应用场景.在超导电缆低温运行环境中,常规光纤封装材料耐低温性能差,其收缩变形会降低光纤测温性能甚至破坏光纤结构.本文对低温下不同封装光纤测温性能展开研究,选择四种光纤样品,在77～287 K温度区间内对其进行了稳态和动态温度测量实验,分析了低温下不同封装材料、结构和厚度等因素对光纤测温性能的影响,给出了适用于液氮低温测温的光纤封装材料和结构,实验验证了聚烯烃紧套光纤在时间和空间上连续测温的可行性.     

木质素碳纳米酶的制备及用于检测人尿液中多巴胺

以木质素磺酸钠为碳源,水热法合成了MoS2掺杂的碳纳米酶(Mo, S-CDs),并基于其过氧化物酶特性,将其用于检测人尿中多巴胺的含量。对纳米酶的形貌进行了表征。结果显示,Mo, S-CDs为球型,直径在2 nm左右,在水中能够较好的分散;红外图谱结果表明Mo, S-CDs表面官能团丰富;X射线光电子能谱表明Mo, S-CDs中存在Mo, S, C, O元素。Mo, S-CDs具有稳定、高效的过氧化物酶催化活性,可催化H₂O₂与3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)反应,生成氧化产物oxTMB。蓝色的oxTMB可被多巴胺还原回TMB,导致系统在oxTMB特征峰处的吸光度下降。因此,基于Mo, S-CDs对H₂O₂的传感能力构建了多巴胺-Mo, S-CDs的催化传感体系,并用于检测人尿液中多巴胺的含量。多巴胺浓度在0.5～20μmol/L范围内有良好的线性关系,检出限为0.0639μmol/L,回收率为96.5%～101.7%,相对标准偏差(RSD)<5%。     

HL-2A 装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

在HL-2A 装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3 倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。     

基于发射率模型约束的多光谱辐射真温反演法

温度测量是工业生产或科学实验中保证产品质量、降低生产成本和确保实验安全的重要因素之一。目前非接触的测温方法以辐射测温法为主,二次测量法是多光谱辐射测温中一种常用的方法。但是,二次测量法不适用于实时数据处理。针对此问题,基于多光谱亮度温度数学模型引入了发射率模型约束条件,提出了一种多光谱辐射真温快速反演法。对于非黑体,根据不同波长下的亮度温度的关系,得出当亮度温度在一个区间内是增函数或者常数函数时,发射率在该区间内是增函数;当亮度温度在一个区间内是减函数时,则发射率在该区间内满足一个关于发射率和波长的不等式。该发射率模型约束条件根据亮度温度的信息,将发射率假设值的构建由多类减少到一类,避免了不必要的发射率的构建。实验分别采用实际发射率随波长单调下降、单调上升、先下降再上升、先上升再下降和随机变化的具有代表性的五个被测目标,针对两个被测温度点进行了仿真对比分析。结果表明,与二次测量法相比,对于同一个被测目标,在相同的温度初值和相同的发射率搜索范围下,新算法在保证精度的情况下,不仅所得结果相同,而且处理速度提升了19.16%～43.45%。     

基于炉口火焰辐射测温的转炉终温预测研究

转炉炼钢的铁水终点温度是衡量铁水是否符合出钢要求的一个重要指标,目前仍主要依靠人工经验进行控制,其预测精度难以保证。为了能够有效的预测终点铁水的温度,并能满足不同的转炉炉口尺寸的要求,提出了一种基于炉口火焰温度测量的转炉终点铁水温度预测的新方法。利用可以采集可见光和近红外波段的微型光谱仪作为关键器件构建了炉口火焰辐射信息的采集系统,实现对转炉炼钢现场的炉口火焰辐射信息进行实时、有效的采集。同时综合考虑了炉口火焰的实际温度范围和现场的测量距离,通过改进的系统标定方法,对所构建的辐射信息采集系统进行标定,并利用双波长法获得了炉口火焰的辐射温度。鉴于炉口的火焰温度与炉内的铁水温度之间存在着一定的联系,还利用所测得的火焰温度以及与铁水温度相关的转炉吹炼过程参数,建立了基于支持向量机的炉内铁水温度的回归预测模型。对68炉现场采集到的转炉吹炼数据进行验证实验后表明该方法的预测精度要优于人工经验,且接近采用副枪的铁水温度测量方式,可为中小型转炉的终点温度预测提供一种有效可行的方案。     

采用半导体激光器自身pn结特性测温的 半导体激光器恒温控制

温度对半导体激光器的发射波长有很大的影响,而很多应用都要求半导体激光器的发射波长是稳定的。针对使用测温元件作为温度传感器进行半导体激光器恒温控制中存在的温度误差,提出了以半导体激光器自身pn结作为温度检测元件进行半导体激光器恒温控制的方法,设计了半导体制冷器的驱动电路。该方法利用pn结的温度敏感特性,首先通过实际测量标定pn结的温度与其两端压降的对应关系,然后通过测量压降得出相应的实际温度。实验结果表明,采用该方法消除了使用温度传感器进行半导体激光器恒温控制中温度梯度造成的恒温误差,提高了测量速度,显著减小了超调量,消除了静差和波动。