可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置及测量方法，采用在太赫兹波段具有高透射率的TPX材料制成窗片，通过两TPX窗片和厚度在微米量级的内双开口垫片的堆叠来构建高度可调的样品池微腔室，并利用铝制材料铣削加工而成的环形凹槽端盖和底座平板部件进行包覆，从而形成高强度、高抗腐蚀性可即插即用的太赫兹样品池装置。微米量级样品池高度的设计有效地缩短太赫兹波与流体的作用距离，从而极大地缓解水对太赫兹波的强吸收，以获得可分辨的太赫兹光谱信号。本发明专利技术包含液体样品在太赫兹波段的电磁参数提取算法及流程，可快速、准确地获取液体样品的太赫兹光谱特征响应信息。光谱特征响应信息。光谱特征响应信息。

【技术实现步骤摘要】
可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹光谱检测与分析
，特别是一种可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置及测量方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波(THz)指的是频率在0.1～10THz的电磁波，其波长在3～0.03mm范围内。作为介于红外到微波的频段，太赫兹波具有很多优势，比如能量低、传透性好、大带宽等。尤其是很多生物大分子的旋转、平移和转换频率在太赫兹频段，具有特征的“指纹效应”，这为利用太赫兹技术识别生物样品提供了理论依，因此促进了太赫兹光谱分析与检测这一新兴技术的发展。目前，大多数与太赫兹光谱分析相关的技术都是基于太赫兹时域光谱(Terahertz Time
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Domain Spectroscopy,THz
‑
TDS)，它是当前太赫兹科学技术发展最为成熟，同时也是应用最为广泛的技术之一。其中，THz
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TDS检测系统分为透射式和反射式两种，结合研磨和压缩技术可以很好地满足不同种类和形貌的固态样品的检测需求。并且，相比于红外光谱、X射线等传统检测技术手段，THz
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TDS技术依靠其他电磁波段无法比拟的优势，在分子识别与生物分子结构、功能和动力学等研究方面具有巨大的潜在应用价值。
[0003]然而，受水等极性液体的强吸收影响，利用THz
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TDS技术在含水等极性缓冲液中的生物样品进行检测时，太赫兹信号将严重衰减，很难获得可分辨的信号，使得利用太赫兹技术研究生物样品在水溶液中的动态特性变得相当困难。迄今为止，在已有的绝大多数太赫兹光谱检测实验研究中，所分析的生物样品都需进行干燥去水处理，而后研磨成粉末或者是压缩成薄层，或者使用薄膜法从水溶液中沉淀固态晶体再进行测量；而对生物大分子的研究，通常将提取的生物大分子和非极性溶液混合后再进行测量，从而防止周围水对太赫兹波吸收的影响。但是水在生命中不可或缺，离开了水生物分子就要失去其生物活性。如何对含水缓冲液样品进行有效检测成为THz
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TDS技术在生物光谱分析领域推广使用急需解决的一大难题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置及测量方法，解决在利用THz
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TDS技术对含水等极性缓冲液生物样品进行检测时，太赫兹信号将严重衰减，很难获得可分辨的信号等问题，助推THz
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TDS技术在生物分析领域的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，包括存放液体检测样品的太赫兹样品池装置、控制太赫兹源发射和探测的太赫兹主机、用于液体样品检测的太赫兹时域光谱透射模块和采集、计算、处理与显示太赫兹光谱数据的计算机后处理系统。
[0006]在一较佳的实施例中，所述的太赫兹样品池装置，其作用是用来存放待测的液体样品；所述太赫兹样品池装置由底座平板、后环形凹槽端盖、前环形凹槽端盖以及样品池组
成；所述的样品池由后TPX窗片、内双开口垫片和前TPX窗片堆叠而成，所述后TPX窗片的直径与内双开口垫片的外直径相同，而前TPX窗片的直径介于内双开口垫片外直径与内直径之间，从而使得待测液体样品可以从样品池的一端流入，从样品池的另一端流出。
[0007]在一较佳的实施例中，所述的太赫兹样品池装置中样品池的高度通过所述的内双开口垫片的厚度进行调节，通过更换不同厚度的内双开口垫片获得不同高度的样品池微腔室；所述内双开口垫片的厚度≤200μm。
[0008]在一较佳的实施例中，所述可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置的装配方法为：先在后环形凹槽端盖中装入后橡胶垫圈，而后依次装入后TPX窗片、内双开口垫片和前TPX窗片，接着在后环形凹槽端盖表面垫上塑料垫圈；同理，安装前环形凹槽端盖时，先在其环形凹槽内嵌入橡胶垫圈，并使其上方的螺纹孔与内双开口垫片的开口对其，然后通过内六角螺栓将后环形凹槽端盖与前环形凹槽端盖进行固定连接；接着，再分别将两个外螺纹宝塔接头装入前环形凹槽端盖的螺纹孔中，最后再将后环形凹槽端盖与底座平板通过十字螺钉进行固定连接，最终形成在太赫兹透射模块中即插即用的太赫兹样品池装置。
[0009]在一较佳的实施例中，所述的底座平板、后环形凹槽端盖、和前环形凹槽端盖均由铝制材料铣削而成；所述的内双开口垫片同样采用铝制材料，利用激光切割加工而成；所述的后TPX窗片和前TPX窗片材料均采用在太赫兹波段具有高透射率和较小色散特性的聚甲基戊烯TPX材料加工而成。
[0010]本专利技术还提供了可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置的测量方法，采用了所述的可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，包括以下步骤：
[0011]步骤S1：利用注射器将待测液体液体吸收其微腔室，接着利用软管分别将注射器与所述的太赫兹样品池装置上一端的外螺纹宝塔接头进行连接，待液体从另一外螺纹宝塔接头流出，即样品池已填充满待测液体样品；
[0012]步骤S2：利用所述的底座平板，将填充满待测液体样品的太赫兹样品池装置插入太赫兹时域光谱透射模块的样品夹具中，并盖上透射模块端盖，通入氮气将整个太赫兹时域光谱透射模块中的空气排出；
[0013]步骤S3：启动太赫兹主机系统，在主机系统中选择太赫兹时域光谱系统模块进行运行，即太赫兹发射器发出的太赫兹波从太赫兹样品池装置的一端垂直入射，从另一端垂直射出，待系统太赫兹信号稳定时，太赫兹探测器对出射的太赫兹时域信号进行采集，而后在计算机后处理系统中进行快速傅里叶变换FFT变换，将时域光谱信号变换为频域光谱信号，再根据样品电磁参数计算公式，计算出样品的复介电常数和吸收系数，并在电脑屏幕中显示，最后以此为依据分析样品在太赫兹波段的光谱特征响应；
[0014]在一较佳的实施例中，所述步骤S3吸收系数和复介电常数的具体计算过程为：
[0015]步骤S31：将探测得到的太赫兹时域光谱参考信号E
r
(t)，和样品信号E
s
(t)经FFT分别转变为太赫兹频域光谱信号E
r
(ω)和E
s
(ω)；
[0016]步骤S32：计算透射率T(ω)，其计算公式如下：
[0017]E
s
(ω)/E
r
(ω)＝Ae
iφ
[0018]T(ω)＝|A(ω)2[0019]步骤S33：计算液体样品折射率n(ω)，其计算公式如下：
[0020]n(ω)＝(φ(ω)c)/(ωh)+1
[0021]式中c为光速，φ为相位，h太赫兹样品池的高度；
[0022]步骤S34：最后计算液体样品的吸收系数α(ω)和复介电常数ε(ω)，其计算公式分别如下：
[0023]α(ω)＝2κ(ω)ω/c＝(2/h)ln[(4n(ω))/(A(ω)(n(ω)+1)2)][0024]ε(ω)＝ε1+iε2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，其特征在于：包括存放液体检测样品的太赫兹样品池装置、控制太赫兹源发射和探测的太赫兹主机、用于液体样品检测的太赫兹时域光谱透射模块和采集、计算、处理与显示太赫兹光谱数据的计算机后处理系统。2.根据权利要求1所述的可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，其特征在于：所述的太赫兹样品池装置，其作用是用来存放待测的液体样品；所述太赫兹样品池装置由底座平板、后环形凹槽端盖、前环形凹槽端盖以及样品池组成；所述的样品池由后TPX窗片、内双开口垫片和前TPX窗片堆叠而成，所述后TPX窗片的直径与内双开口垫片的外直径相同，而前TPX窗片的直径介于内双开口垫片外直径与内直径之间，从而使得待测液体样品可以从样品池的一端流入，从样品池的另一端流出。3.根据权利要求2所述的可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，其特征在于：所述的太赫兹样品池装置中样品池的高度通过所述的内双开口垫片的厚度进行调节，通过更换不同厚度的内双开口垫片获得不同高度的样品池微腔室；所述内双开口垫片的厚度≤200μm。4.根据权利要求2所述的可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，其特征在于：所述可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置的装配方法为：先在后环形凹槽端盖中装入后橡胶垫圈，而后依次装入后TPX窗片、内双开口垫片和前TPX窗片，接着在后环形凹槽端盖表面垫上塑料垫圈；同理，安装前环形凹槽端盖时，先在其环形凹槽内嵌入橡胶垫圈，并使其上方的螺纹孔与内双开口垫片的开口对其，然后通过内六角螺栓将后环形凹槽端盖与前环形凹槽端盖进行固定连接；接着，再分别将两个外螺纹宝塔接头装入前环形凹槽端盖的螺纹孔中，最后再将后环形凹槽端盖与底座平板通过十字螺钉进行固定连接，最终形成在太赫兹透射模块中即插即用的太赫兹样品池装置。5.根据权利要求4所述的可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置，其特征在于：所述的底座平板、后环形凹槽端盖、和前环形凹槽端盖均由铝制材料铣削而成；所述的内双开口垫片同样采用铝制材料，利用激光切割加工而成；所述的后TPX窗片和前TPX窗片材料均采用在太赫兹波段具有高透射率和较小色散特性的聚甲基戊烯TPX材料加工而成。6.可用于极性液体光谱检测的太赫兹样品池装置的测量方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：施婷婷，杨立娟，王帅，孙湘湘，林萍萍，杨广青，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：