專利名稱：一種超廣紅外波段比色皿及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光譜檢測(cè)領(lǐng)域所用的比色皿及其制備方法，更具體的說(shuō)是一種用于液體樣品的紅外吸收測(cè)試的超廣紅外波段比色皿及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的比色皿多用石英材質(zhì)制成，由于其在800 CnT1IOOO cnT1之間具有較強(qiáng)吸收，導(dǎo)致羥基、羰基等多種功能基團(tuán)不能測(cè)試，影響了傅里葉紅外光譜法在測(cè)試液體樣品中的使用范圍。以傅里葉紅外光譜儀應(yīng)用于測(cè)油方法為例國(guó)外廣泛使用的紅外測(cè)油方法為EPA (1978) Method 418. UASTM(2003)Method D 3921-96和APH/U2000)Method 5520C，國(guó)內(nèi)為現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T 16488-1996及其即將完成的修訂版(已推出征求意見(jiàn)稿)，這些方法均可以用石英比色皿來(lái)測(cè)定總油類/石油類的C-H鍵濃度，但受動(dòng)植物油(甘油三酯)酯基鍵>C=0 紅外特征吸收1750-1735 cnT1，無(wú)法用石英等傳統(tǒng)比色皿測(cè)定的影響，測(cè)試過(guò)程均必須包括一次掃描測(cè)定總油類濃度、硅酸鎂凈化、二次掃描測(cè)定石油類濃度這三步，耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)試濃度也不夠準(zhǔn)確?；趧?dòng)植物油(甘油三酯)酯基鍵>C=0在1750-1735 cm—1處紅外特征吸收來(lái)確定動(dòng)植物油濃度，用同樣利用紅外掃描方法確定的總油類濃度減去動(dòng)植物油濃度即可得到石油類濃度，一次掃描即可同時(shí)測(cè)定總油類、動(dòng)植物油和石油類，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油類的快速準(zhǔn)確測(cè)定。實(shí)現(xiàn)這一快速測(cè)定方法的關(guān)鍵光學(xué)裝置就是需要有低紅外吸收范圍可以覆蓋 1750-1735 cnT1等波段的廣紅外波段比色皿。廣紅外波段光學(xué)裝置的窗片常選用KBr等材料，但由于KBr等材料的易溶性，會(huì)造成比色皿的不耐用，同時(shí)由于窗片的逐漸變薄會(huì)影響光線的透射光路，進(jìn)而影響到紅外吸收光度，給測(cè)定結(jié)果造成較大影響。Si雖然化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但由于其紅外透射率不夠高及早期紅外光源穩(wěn)定性、發(fā)光效率和輸出能量的限制，主要作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用于電子行業(yè)，其在紅外光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常有限。公開(kāi)了一種復(fù)合稀土硅/鋁氮氧化物透紅外材料及其制備方法，屬于透紅外陶瓷材料領(lǐng)域。所制備的透紅外材料在中紅外3-5 μ m波段的透過(guò)率超過(guò)80%，對(duì)應(yīng)波段的折射率為1.8，開(kāi)辟了一類新的透紅外材料。CN1069^9公開(kāi)了一種硅紅外濾光片的熱處理工藝，該工藝旨在降低直拉硅單晶氧含量，提高硅紅外濾光片透過(guò)率，將硅片在400 - 1000°C溫度間的四段溫區(qū)逐步升溫并保溫適當(dāng)時(shí)間并在硅片冷卻至850°C以下時(shí)取出，處理后的直拉硅單晶片在9 μπι附近紅外透過(guò)率(透射率)接近或達(dá)到區(qū)熔硅單晶的水平，作為7-14 μπι (1430-710 cnT1)紅外帶通濾光片用于制造紅外報(bào)警器、紅外探測(cè)器、紅外傳感器等紅外儀器的元件，沒(méi)有提及7-14 μπι之外其他波段(如羰基、羧基等使用石英比色皿無(wú)法測(cè)定的基團(tuán)的特征吸收波段)透射情況，也沒(méi)有提出用硅片作為窗片材料制作比色皿常用比色皿在其測(cè)定波長(zhǎng)處要求透射率> 70%，同時(shí)出于機(jī)械強(qiáng)度的考慮，窗片的厚度2-3mm。單片2_3mm直拉單晶硅片的紅外透射率即已低于50%，制成比色皿后透射率將會(huì)低于25%，如果再考慮比色皿的光程及其中的待測(cè)液體，透射率會(huì)更低，按照既有概念，不適合用作比色皿窗片材料。經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)檢索，Si的應(yīng)用主要是作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用于電子行業(yè)(包括太陽(yáng)能行業(yè))，由于其紅外透射率不夠高及早期紅外光源穩(wěn)定性、發(fā)光效率和輸出能量的限制，其在紅外光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是(區(qū)熔)硅單晶薄片作為紅外濾光片用于制造紅外報(bào)警器、紅外探測(cè)器、紅外傳感器等紅外儀器的元件。還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通過(guò)合理控制Si片厚度，兼顧透射性和機(jī)械強(qiáng)度，將Si用作比色皿窗片，特別是紅外分析專用比色皿窗片的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種超廣紅外波段比色皿及其制備方法，本發(fā)明制備得到的超廣紅外波段比色皿能廣泛用于傅里葉紅外光譜法等紅外光譜測(cè)試方法。2.技術(shù)方案 本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種超廣紅外波段比色皿，其透光部分窗片材料為光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶；Si 窗片材料透射范圍8300 70cm-1，厚度為Imm士0. Imm,同時(shí)窗片材料平行性彡3 arc minutes。比色皿池體采用低羥基石英材質(zhì)。一種超廣紅外波段比色皿的制備方法，其包括以下步驟
(1)將光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶切片、研磨、光學(xué)雙面拋光、不鍍膜(無(wú)鍍層)，制成厚 1 (士0. l)mm、寬 5 ；35 (士0. 1)匪、高 10 40 (士0. l)mm 的長(zhǎng)方形窗片，或厚 1(士0. 1) mm、直徑5 40(士0. l)mm圓形窗片；
(2)比色皿U型或圓形池體采用低羥基石英材質(zhì)，尺寸寬(對(duì)應(yīng)比色皿高或直徑)20 40 (士 0.1) mm,長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)比色皿光程)有 IOmm (士 0. 1) mm、20mm (士 0. 1) mm、40mm (士 0.1) mm三種規(guī)格；
(3)利用膠粘劑將池體與Si窗片連接在一起，制成比色皿。本發(fā)明步驟(1)中的Si窗片材料，要求為光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶，切片、研磨、光學(xué)雙面拋光、制成厚1 (士0. 1) mm的薄片后，透射范圍8300 70cm-1。本發(fā)明步驟(1)中的Si窗片材料，也可以采用光學(xué)材料級(jí)別的多晶硅，切片、研磨、光學(xué)雙面拋光、制成厚1 (士0. l)mm的薄片后，也可以實(shí)現(xiàn)在8300 70CHT1范圍透射， 但由于透射率低于由直拉單晶硅制成的窗片，會(huì)直接影響測(cè)定方法的靈敏度。本發(fā)明步驟(1)制成的Si窗片材料，要求須控制合理的厚度，過(guò)薄機(jī)械強(qiáng)度不夠，過(guò)厚直接影響紅外光的透射，以Imm (士0. Imm)為宜，同時(shí)窗片材料平行性彡3 arc Hiinutes0本發(fā)明步驟(2)和步驟(3)制成的比色皿要求長(zhǎng)、寬、高必須均勻、一致。尺寸寬 (對(duì)應(yīng)比色皿高或直徑)20 40 (士0. l)mm，長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)比色皿光程)有IOmm (士0. 1 )mm、20mm (士 0.1)讓、40 (士 0. l)mm 三種規(guī)格。本發(fā)明步驟(1) (3)制成的10mm、20mm、40mm三種規(guī)格比色皿，紅外透光率分別達(dá)到了 35%,32%,27%o3.有益效果
本發(fā)明公開(kāi)了一種超廣紅外波段比色皿及其制備方法，可以用于水中油類的快速定性定量檢測(cè)，可以對(duì)液體樣品在8300 70CHT1處的紅外吸收極低(僅在619CHT1處有特征吸收，另外在738(^-^888( ^和llOOcnT1處有較為微弱的特征吸收)?？捎糜诮t外區(qū)低頻部分(8300 ^OOcnT1)的基團(tuán)進(jìn)行識(shí)別和濃度測(cè)定；也可以用于中紅外區(qū)(4000 200CHT1) 定量測(cè)定液態(tài)條件下的羰基、羥基等使用常規(guī)石英比色皿無(wú)法測(cè)定的基團(tuán)；還可以用于遠(yuǎn)紅外區(qū)和中紅外區(qū)低頻部分定性測(cè)定液態(tài)條件下的金屬-有機(jī)鍵等使用等窗片材料的比色皿無(wú)法測(cè)定的基團(tuán)，隨著傅里葉變換儀器的出現(xiàn)，輸出能量的提高，本超廣紅外波段比色皿將為實(shí)現(xiàn)對(duì)其的定量測(cè)定提供技術(shù)支持。本發(fā)明所得到的紅外比色皿，可以用于石油類和動(dòng)植物油的定量分析、藥物、化學(xué)反應(yīng)的原位檢測(cè)，且由于其窗片材料光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶，相對(duì)于等光學(xué)晶體價(jià)格低廉，制作成本與石英比色皿相當(dāng)(略高于石英比色皿)，在紅外分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為Si窗片40mm光程比色皿結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為Si窗片IOmm光程比色皿結(jié)構(gòu)示意圖3為用Si窗片40mm光程比色皿，測(cè)定的不同濃度(2、5、10、20、25、50、100、200ppm) 橄欖油在1735 ΠδΟοπΓ1處的紅外特征吸收峰圖4為用Si窗片40mm光程比色皿，測(cè)定的50ppm椰子油與IOOppm姥鮫烷紅外對(duì)比
圖5為空氣做參比，掃描40mm光程石英比色皿的紅外吸收6為空氣做參比，掃描Si窗片IOmm光程比色皿紅外吸收?qǐng)D； 圖7為空氣做參比，掃描Si窗片40mm光程比色皿紅外吸收?qǐng)D； 圖8為五種植物油譜圖的疊加譜圖9為五種植物油譜圖的疊加的放大圖(2600Cm_"3100 cnT1)； 圖10為五種植物油譜圖的疊加的放大圖(1600Cm_"2200 cnT1)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 (Si窗片比色皿的制作)
一種超廣紅外波段比色皿，由比色皿石英池體1和比色皿Si窗片2構(gòu)成，其透光部分窗片材料為光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶。Si窗片材料厚度為Imm (士0. 1mm)，同時(shí)窗片材料平行性< 3 arc minutes。比色皿池體采用低羥基石英材質(zhì)。超廣紅外波段比色皿的制備方法，其包括以下步驟
(1)光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶切片、研磨、光學(xué)雙面拋光、不鍍膜(無(wú)鍍層)，制成厚1 (士0. l)mm，寬5 ；35 (士0. 1)讓，高10 40 (士0. 1 )mm的長(zhǎng)方形窗片或厚1 (士0. 1)讓， 直徑5 40(士0. l)mm圓形窗片，同時(shí)窗片材料平行性彡3 arc minutes ；
(2)比色皿U型或圓形池體采用低羥基石英材質(zhì)，尺寸寬(對(duì)應(yīng)比色皿高或直徑)20 40 (士 0. l)mm,長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)比色皿光程)有 IOmm (士 0. l)mm, 20mm (士 0. l)mm, 40mm (士 0. 1) mm三種規(guī)格，如圖1、圖2所示；(3)利用膠粘劑將池體與Si窗片連接在一起，制成比色皿。

實(shí)施例2 (A1750 1735—橄欖油質(zhì)量-體積濃度標(biāo)曲繪制) 使用高純度四氯化碳配置不同濃度的橄欖油溶液，無(wú)水硫酸鈉干燥后做標(biāo)準(zhǔn)曲線，用 Si窗片40mm光程比色皿，測(cè)定各濃度的峰面積值(儀器積分)。所得曲線線性很好，結(jié)果如
表1
表1 A1750 1735—橄欖油質(zhì)量-體積濃度
權(quán)利要求
1.一種超廣紅外波段比色皿，其特征在于透光部分窗片材料為光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶片；Si窗片材料透射范圍8300 70cm—1，厚度為Imm士0. Imm,同時(shí)窗片材料平行性彡3 arc minutes，采用光學(xué)材料級(jí)別的多晶硅，厚度為Imm士0. 1mm，同時(shí)窗片材料平行性 ^ 3 arc minutes。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超廣紅外波段比色皿，其特征在于比色皿池體采用低羥基石英材質(zhì)。
3.一種超廣紅外波段比色皿的制備方法，其步驟為(1)將光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶錠切片、研磨、光學(xué)雙面拋光、不鍍膜，制成寬5 35mm,高10 40mm的長(zhǎng)方形窗片，或直徑5 40mm圓形窗片，制成的硅片厚度須為 Imm士0. Imm,同時(shí)窗片材料平行性彡3 arc minutes ；(2)比色皿U型或圓形池體采用低羥基石英材質(zhì)，尺寸對(duì)應(yīng)比色皿高或直徑的寬為 20 40mm,對(duì)應(yīng)比色皿光程的長(zhǎng)為10mm、20mm、40mm三種規(guī)格；(3)利用膠粘劑將池體與Si窗片連接在一起，制成比色皿。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超廣紅外波段比色皿及其制備方法，屬于紅外光譜檢測(cè)領(lǐng)域。一種超廣紅外波段比色皿的透光部分窗片材料為光學(xué)材料級(jí)別的直拉硅單晶片；Si窗片材料透射范圍8300～70cm-1，厚度為1mm±0.1mm，同時(shí)窗片材料平行性≤3arcminutes，采用光學(xué)材料級(jí)別的多晶硅，厚度為1mm±0.1mm，同時(shí)窗片材料平行性≤3arcminutes。本發(fā)明的一種超廣紅外波段比色皿及其制備方法，可以用于水中油類的快速定性定量檢測(cè)，可以對(duì)液體樣品在8300～70cm-1處的紅外吸收極低。本發(fā)明所得到的紅外比色皿，可以用于石油類和動(dòng)植物油的定量分析、藥物、化學(xué)反應(yīng)的原位檢測(cè)，且制作成本與石英比色皿相當(dāng)，在紅外分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C03C27/10GK102495002SQ20111039305
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者呂小勇, 唐松林, 張艷艷, 王經(jīng)順, 章勇, 鐘聲 申請(qǐng)人:呂小勇, 唐松林, 江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心