第36卷，第3期 2016年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 3, pp770-774
March,2016
颗粒溶液颗粒尺寸及浓度的差分偏振弹性散射光谱在线分析方法
晖2
陈伟康，方
1.南开大学现代光学研究所，光学信息技术科学教育部重点实验室，天津300071 2.深圳大学徽纳光学研究所，光电工程学院，广东深圳518060
摘要
偏报弹性散射光谱技术的基本原理为在偏振光人射条件下，根据出射光的偏振特性不同可以筛选
出浅表层组织的单次散射光信息和深层组织的漫散射光信息。该研究的创新点在于将这种方法应用于颗粒落溶激检测，目的是在颗粒溶液原始状态下实现对颗粒尺寸及浓度的同时检测。设计了一个共轴笼式光学系统，调量了聚苯乙烯微球赖粒落液某一角度的背向散射信号，通过控制人射端和收集端偏振片的偏振方尚获得了颗粒溶液的偏振平行光谱与偏振垂直光谱，两者之差即偏振差分光谱对应颗粒的单次散射信息，将该单次散射信息与Mie散射数据库进行比对获得颗粒的尺寸，然后在颗粒尺寸作为已知的条件下进一步分析偏振垂直光谱，将该垂直光谱对应的颗粒溶液的浸散射信息代人光漫收射下的近似表达式拟合得到颗粒
的浓度信息。将实验结果与样品提供值进行了比对，并进
步分析了在获取频粒数浓度时，颗粒直径的方差
分布对结果的影响，最终验证了该实验方法的可行性。该方法的潜在应用包括对标准题粒制造厂商的产品在线检测以及对牛奶制品中脂肪和蛋白质的浓度检测研究，
关健词
差分偏拆弹性散射光谱；微小颗粒；聚粒溶液浓度：颗粒尺寸；笼式光学系统
中图分类号：0433
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2016)03-0770-05
性散射光谱技术。该技术的基本光学原理为：在偏振光人射情况下，浅表层组织的后向散射光因为经历较少散射次数而保持与人射光相同的偏振特性，而经过组织内部多次散射后
从微观尺度看，任何散射体都是由分子、原子组成，光人射到散射体上，会引起其中电子的受道振动发出次波，散射光正是这些次波相干叠加的结果"]。当散射体尺寸接近光波长数量级时，按照Rayleigh-Gans近似理论，空间某一点的光强是次波源在散射体尺度内积分的结果，散射体的形状将会影响积分结果(")。Mie和Debye严格计算了不同尺度球
形散射体的敢射光分布，有更广的适用范围。
一般来说，根
据散射光的空间分布以及与波长的关系，可以反演出散射体的形状和尺寸。基于这种理论基础，人们发展了角射法[]、全散射法(又称消光法){}，光子相关光谱法[5]等光散射方法用于颗粒测量，目前这些方法已经广泛应用于工业化生产中。
在这些方法中，一般采用非偏报光测量。而基于Mie散射理论，散射光还与人射光的偏报态有关。源自于早期瘤症检测领域对表层细胞特征的获取"]，人们发展了差分偏振弹
收稿日期：2014-11-13，修订日期：2015-03-12
出射的漫散射光将失去偏振特性。根据这一原理，可以利用偏振器筛选出浅表层组织的后向敢射光信息，进而获析浅表层细胞的大小[79]。该技术也可以用于去掉来自浅表层组织的散射光，探测来自深层组织的多次改射光，实现对深层组
织的成像[10]
目前编振弹性微射光谱技术已被结合到内施
镜中，显示出了非常重要的临床应用前景(12)
对于颗粒溶液，在颗粒均勾分布的情况下，应该也可以用这种方法来对颗粒的尺寸和浓度进行分析。首先分析偏操差分光谱获得颗粒的尺寸，然后在颗粒尺寸作为已知、并忽略溶液中光吸收的条件下，进一步分析偏振垂直光谱获得颗粒浓度。
在实验室建立了一个结构紧凑、易于调节的共轴笼式实验系统，以微米颗粒尺度的聚苯乙烯颗粒溶液为样品，验证了差分偏振弹性散射光谱技术的可行性与准确性。该方法的优点在于不需要对溶液作稀释处理，可以在溶液原始状态下
基金项目：国家自然科学基金项目(11074134)，天津市应用基础与前沿技术研究计划项目(14JCYBJC16600)，教育部新世纪优秀人才支持计
划项目(NCET-10-0502)资助
作者简介：陈伟康，1988年生，南开大学现代光学研究所硕士研究生
*通讯联系人
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