考虑润湿效应的吸光度光学检测系统研究与实现

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光学检测是利用光学方法测定光学量或非光学量的一种定性定量分析技术,吸光度光学检测技术对化学实验研究中微量金属元素的测量;生物医药分析中蛋白质、糖类、酶及核酸的测定及食品安全分析中都有着广泛的应用。然而现有的吸光度光学检测技术在进行快速定性定量分析时,除受到漂噪音及电压等内源性干扰因素外,还受到由于润湿效应产生的弯曲液面对测量影响,从而影响测量精度。为了提高吸光度光学检测技术在快速定量测定时的准确性,本文针对弯曲液面对检测精度影响的问题进行了研究分析,并在考虑其影响情况下重新设计了吸光度检测系统的检测光路,最后通过搭建试验平台对本文设计进行实验验证。首先,从弯曲液面形成的机理出发对其液面表面特征进行研究,并利用光学透射法对弯曲液面的基本方程Yong-Laplace Equation进行实验验证。然后从吸光度光学检测的理论依据及弯曲液面形成的机理出发研究了润湿效应下的弯曲液面对吸光度检测的影响,并对其影响进行描述与分析。其次,根据前文的理论分析,从吸光度检测原理的成立条件出发,应用几何光学及光在反射与折射过程中能量的分配规律,重新设计了检测系统的检测光路,并在ZEMAX光学仿真软件的序列模式下对设计的检测光路进行建模,以检测光通过弯曲液面的能量损失为评价函数进行优化,在非序列模式下对优化的光路进行仿真,并对其检测光路进行评价。再次,根据前文设计的检测光路及实际的检测要求,对吸光度光学检测系统进行总体设计,主要包括检测光路的机械结构、硬件电路及控制系统设计。其中机械结构包括吸光度检测光路结构,传动系统结构;硬件包括运动控制电路,电源管理电路,通信电路设计,LED光源及硅光电池电路设计等;软件程序方面设计主要进行了 LED光源及硅光电池驱动程序设计,串口通信设计等。最后,根据前文设计的吸光度检测系统进行实验平台搭建,并从实验及行业标准在多个维度分别对本文中设计的检测光路系统进行进一步验证,结果表明本文设计的检测光路系统能更快,更准确对检测物质进行定量测定,且还具有稳定性好、抗干扰性强等优点。
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