专利名称：管型液体和软物质切变波共振吸收谱仪的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，特别是一种测量液体和软物质的切变波共振吸收谱仪。
背景技术：
在凝聚态物质范畴里，软物质和溶液中的团簇间、长键间和多键间的交互作用范围，分子和团簇的集团行为，高分子溶液中的长链，生命液体(如蛋白质、核酸、糖、脂等的水溶液)中的二、三、四级或其他化学溶液和络合物中的基团，其涉及的尺度处于从略小于1nm至若干微米的量级。而通常电磁波(光波和微波)的共振吸收或散射(可见光谱、Raman、红外、NMR、ESR等)频率都在106～1013Hz之间或以上，它们所能探测到的是电子能级和键间各种振动(包括转动)能级的跃迁，但对于纳米和纳米以上尺度物质的整体能态和结构特征，它们却很难测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在10-5～103Hz频率范围测量液体和软物质中切变波共振吸收谱仪，用于测量研究液体和软物质中切变波共振吸收波数谱、切变波共振吸收频率谱、共振能吸收温度谱，测量凝聚态物质的动态模量(复模量的模及实部)随波数、频率和温度的变化关系，测量液体的粘度随波数、频率和温度的变化关系，及液体和软物质在加电场、磁场、应力场或变温过程中的动力学参数。
本发明的切变波共振吸收谱仪，由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成(
图1-2)。悬挂扭摆装置由起振元件、上固定夹头、下固定夹头、扭转振动夹头、摆杆、永久磁铁、电磁驱动线圈、转管、支架组成，其中起振元件一端被固定在支架上的上固定夹头夹持，另一端被固定在摆杆末端的扭转振动夹头夹持，转管一端固定在下固定夹头，另一端为摆杆下端的扭转振动夹头所夹持，摆杆两侧对称地安装有一永久磁铁，对应永久磁铁的每一端外面有一电磁驱动线圈，转管中可盛入被测液体或软物质。计算机检测装置由准直光源、反射镜、差分光电池、A/D转换器、傅立叶变换器、计算机接口、恒应力或恒应变反馈器、应力信号发生器、D/A转换器、功放、电磁驱动线圈组成，其中反射镜安装在摆杆上，反射镜与准直光源、差分光电池构成计算机检测装置的应变信号源，差分光电池一路依次连接A/D转换器、傅立叶变换器、计算机接口，另一路依次连接应变振幅恒定反馈器、应力信号发生器、D/A转换器、功放、电磁驱动圈、傅立叶交换器、计算机接口(图3)。
在悬挂扭摆装置中，一永久磁铁穿过摆杆并使外露两侧对称，也可用一对永久磁铁替代横穿过摆杆的一块磁铁，起振元件和转管分处于摆杆上下两端，也可同处于摆杆上端或下端；起振元件和转管两端分别固定在转动夹头和固定夹头上，起振元件为固体丝或固体片。悬挂扭摆装置可以采用正扭摆方式(图1)，悬挂扭摆装置还可以采用倒扭摆方式(图2)。当采用倒扭摆方式时，固定夹头可升降，起振元件由转管所替代，转管同时起起振元件的作用，摆杆另一端通过细线连接至定滑轮和配重砝码，定滑轮固定在支架上，配重砝码通过定滑轮和细线连接至摆杆上。
在正悬挂和倒悬挂扭摆装置中，都可以在转管中盛入液体或软物质，转管的扭转振动可在管中液体或软物质中产生波阵面为水平面的切变波。还可以在正悬挂扭摆装置的下方或上方装一条盛液管，其上端同心地固定在扭杆上，下端同心地固定于下方的固定夹头；当扭杆作扭转振动时，管中的液体随之产生波阵面为水平面的切变波。也可用盛液的转管替代(既用来盛液，又用作起振)起振元件来进行测量(图2)。此时利用转管本身的回复力来起振。未盛入液体或软物质时测得的是转管的共振吸收，盛入液体或软物质时测得的是转管和液体(或软物质)的总共振吸收。由于转管本身的共振吸收除吸收尖峰外其背景很低，所以，液体(或软物质)的共振吸收峰很容易识别(见图4)。
本发明的切变波共振吸收谱仪，是利用强迫振动方法在凝聚态物质中产主切变波，并应用固体和液体中切变波速度远小于光速的原理，可使10-5～103HZ频段的连续变频的扭转振动在液体中产生波数为10-3～103cm(固体为10-8～10cm-1)的切变波，通过测量其共振吸收峰，即可测得液体以及固体材料中处于从略小于1nm至若干微米的量级尺度范围的共振源的特征，包括能测得共振源的能级、尺寸和质量，交互作用能和键力，团簇和生命液体中或生物膜中的相变，固体中超长波横声子模的软化，以及变温及加(电、磁、力)场条件下的(生命、化学或物理)过程动力学特征。其波数连续变化范围可覆盖Raman谱的下半部、MNR谱、ESR谱一直到微波，因而可在凝聚态物理.溶液研究、胶体化学、有机化学、生物化学和生命过程的研究中得到广泛的应用。
在本发明的切变波共振吸收谱仪中，当被测量物为液体时，转管中盛入被测量液体或软物质。通过电磁驱动线圈施加一个交变电信号时，永久磁铁受到交变应力，从而通过盛液管的扭转振动在液体或软物质中形成切变波。由计算机通过软件(或硬件)产生的可连续变频的正弦波电信号，经D/A转换和功率放大后输入驱动线圈6并驱动转管的液体中形成切变波。由光电池接收的应变信号放大后，一部分反馈给应力发生器使保持应变或应力的幅值的恒定。另一部分与线圈6中的应力信号同时输入计算机，经傅里叶交换后即可得出应变落后于应力的相差Φ。整个过程均由计算机按测量程序自动进行并可在屏幕上实时显示tgΦ-k，模量M-k曲线(k是波数)，也可实时或测量完成后打印图形和数据。本发明产生切变波的方式为利用转管的扭转振动产生在垂直方向传播的切变波。在本发明的谱仪中，只要不放入液体，均可直接测量固体试样(即起振元件或转管本身，)的共振吸收特征。其切变波的运动方程为Iθ..=M0exp(iωt)-γθ.-(M1-M2)θ----(1)]]>其中M0exp(iωt)是外加力矩，I为装置的转动惯量，θ扭转角，γ为转管扭动时产生的粘滞力矩，M1为起振元件的恢复力矩，M2为起振元件的耗散力矩。其中可算得γ＝Aη(2)其中A为仪器常数，η对为被测液体粘度。装置振动一周耗散的能量(由液体和起振元件吸收的振动能)可以用应变落后于应力的相角φ才来表达。解得的结果为tgφ(ω)系数＝tgφ(ω)扭丝+tgφ(ω)液体(3)当装置的强迫振动频率ω可与系统共振频率ωr比较时，必须对仪器测量值进行如下修正测量液体的共振吸收时，应先排干盛液管或碟中的被测液体并测量起振元件的背景耗散 值tgφL，再在盛液器9中盛入被测液体或软物质测出tgφL，其差值tgφ＝tgφL-tgφS(5)即为液体的共振吸收值。但在一般情况下，tgφL远大于tgφS，所以后者往往可以忽略不计，以所测tgφL作为tgφ测量。再由(4)式即可得出液体的振动能耗散tgφ随频率的变化关系。
另外，液体中切变波的波长λ与振动频率ω等的关系为λ＝1/k＝(2η/ρω)1/2(6)其中η为被测液体的粘滞系数，ρ为被测液体的密度，k为被测液体的波数。由(4)至(6)式即可得知液体的共振吸收值tgφ随波数k以及液体的粘度η的变化关系。
对于圆柱状软物质和凝胶，其切变波波数为k＝f/(G/ρ)1/2(7)此处G为被测软物质切变模量，ρ为被测软物质的密度，f为测量频率。由于软物质和凝胶的切变模量大约只有通常固体的108分之一，所以，软物质和凝胶中的切变波波数只比液体低约一个量级。可以测量液体(或软物质)的耗散tgφ随频率或波数的变化；也可固定装置于某一强迫振动频率ω，改变液体的温度，即可得知液体(或软物质)的耗散tgφ随温度的变化关系，以进一步研究液体或软物质中的相变、弛豫以及液体液体(或软物质)的耗散tgφ随在加电场、磁场、应力场或变温过程中的动力学参数。
当切变波的频率为10-4～103Hz时，水的波数为0.1～560cm-1(相当于电磁波的毫米至红外波段)，k变化了5000倍以上。因此液体中切变波共振吸收谱所覆盖的连续波数范围比Raman(双光栅Raman谱的低频极限为30cm-1)及红外谱之和还要宽。
温度升高时，液体的粘度η和软物质的切变模量G降低；因此，通过频率及液体的粘度和软物质的切变模量G随温度的变化可使波数在10-3～103cm-1间连续变化，这已覆盖了从Raman谱下半部、红外谱、NMR谱、ESR谱甚至于超声波的波数范围，因此本谱仪可探测到液体中尺寸为nm～μm或更大的共振源。
本发明的切变波共振吸收谱仪可以在-20～150℃、10-5～103Hz、10-3～103cm-1波数范围内频率范围内，测量液体和软物质的切变波共振吸收谱。其相角差分辨率优于5*10-5弧度。本发明的切变波共振吸收谱仪可以在强迫振动(可在系统的共振频率ωr以下或以上进行)、自由衰减、恒应变条件下的应力弛豫或恒应力条件下的应变流变等方式下工作。由于本发明采用管型，所产生的是波阵面沿垂直方向传播的切变波，可以用医疗输液管作盛液管，且用液量可少至约1ml或更少的液量，且管的两端可处于封闭状态，液体不易挥发，从而便于用作生命液体、生物试剂、药剂以及相关软物质的测量。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明图1为悬挂扭摆装置为正扭摆方式的管型切变波共振吸收谱仪结构示意图。
图2为悬挂扭摆装置为倒扭摆方式的管型切变波共振吸收谱仪结构示意图。
图3为切变波共振吸收谱仪的计算机检测装置连接框图。
图4为用悬挂扭摆装置为正扭摆方式时的液体管切变波共振吸收谱仪测得水在室温中波数谱图。
图1中，悬挂扭摆装置采用正扭摆方式。起振元件1一端被固定在支架14的上固定夹头2夹持，另一端被固定在摆杆3一端的扭转振动夹头4夹持，摆杆3两侧中部对称地安装有一对永久磁铁7，对应于永久磁铁7两端，外面有一电磁驱动线圈6，转管8一端固定在下固定夹头15，另一端为摆杆3下端的扭转振动夹头13夹持。反射镜11安装在摆杆3上，它与准直光源10，接收振动信号的差分光电池12构成计算机检测装置的应变信号源。转管可以用塑料、金属、陶瓷、玻璃、橡胶、竹管或木材制成，要求所用材料不与被测液体发生反应、与被测液体的浸润性足以带动液体运动。
在图2中，转管8(兼为起振元件1)一端固定在下固定夹头15，另一端为摆杆3下端的扭转振动夹头13夹持，摆杆3另一末端通过固定在支架上的两个定滑轮9和连线与配重砝码5相连接，其他与图1相同。此时利用转管本身的回复力来起振。未盛入液体或软物质时测得的是转管的共振吸收，盛入液体或软物质时测得的是转管和液体(或软物质)的总共振吸收。由于转管本身的共振吸收除吸收尖峰外其背景很低，所以，液体的共振吸收峰很容易识别(见图4)。
考虑到上、下方扭力的平衡，即固体起振元件的抗力和液体粘滞阻力的平衡，将施加扭转力的磁铁置于摆秆的中部，而起振元件和转管分别处于上下二端，因此振动系统易于平衡和具有更好的抗干扰能力。
图3中，差分光电池12一路依次连接A/D转换器23、傅立叶变换器16、计算机接口17，另一路依次连接应变振幅恒定反馈器18、应力信号发生器19、D/A转换器20。功放21、电磁驱动圈22、傅立叶变换器16、计算机接口17。
测量时通过线圈6施加一个交变电信号时，永久磁铁7受到交变应力，从而使起振元件1中建立一个与交变电信号相同频率ω的扭转振动并在盛液膜中形成切变波。由计算机通过软件(或硬件)产生的可连续变频的正弦波电信号，经D/A转换和功率放大后输入驱动线圈22。由光电池12接收的应变信号放大后，一部分反馈给应力发生器19使保持应变或应力幅值的恒定。另一部分与线圈理中的应力信号同时输入计算机，经博里叶交换后即可得出应变落后于应力的相差φ。整个过程均由计算机按测量程序自动进行并可在屏幕上实时显示tgφ-k，M-k曲线(k是波数)，也可实时或测量完成后打印图形和数据。
图4给出了用悬挂扭摆装置为正扭摆方式时的液体管切变波共振吸收谱仪测得水在室温的波数谱图。其中上方曲线(实心圆点)为转管与盛入的水的总的共振吸收曲线；下方曲线(空心方框)为转管中完全无水时的共振吸收背景和管质(医用输液管)本身的共振吸收峰，可见水的宽散共振吸收峰很容易识别。
权利要求
1.一种切变波共振吸收谱仪，由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成，其特征是悬挂扭摆装置由起振元件、上固定夹头、下固定夹头、扭转振动夹头、摆杆、永久磁铁、电磁驱动线圈、转管、支架组成，其中起振元件一端被固定在支架上的上固定夹头夹持，另一端被固定在摆杆末端的扭转振动夹头夹持，转管一端固定在下固定夹头，另一端为摆杆下端的扭转振动夹头所夹持，摆杆两侧对称地安装有一永久磁铁，对应永久磁铁的每一端外面有一电磁驱动线圈，转管中可盛入被测液体或软物质。
2.一种如权利要求1所述的切变波共振吸收谱仪，其特征是起振元件和转管分处于摆杆上下两端，也可同处于摆杆上端或下端。
3.一种如权利要求1或2所述的切变波共振吸收谱仪，其特征是起振元件为固体丝或固体片。
4.一种如权利要求1或2所述的切变波共振吸收谱仪，其特征是起振元件可以为转管所替代。
全文摘要
本发明涉及一种测量仪器,特别是一种测量液体及软物质的切变波共振吸收谱仪。该谱仪由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成。悬挂扭摆装置由起振元件、固定夹头、扭转振动夹头、摆杆、永久磁铁、电磁驱动线圈、转管、支架组成;计算机检测装置由准直光源、反射镜、差分光电池、A/D转换器、傅立叶变换器、计算机接口、恒应力或恒应变反馈器、应力信号发生器、D/A转换器、功放、电磁驱动线圈组成。本发明的切变波共振吸收谱仪可以在－20～150℃温度范围内,10
文档编号G01J3/42GK1344919SQ0112985
公开日2002年4月17日 申请日期2001年11月2日 优先权日2001年11月2日
发明者张进修, 熊小敏, 林国淙, 丁喜冬 申请人:中山大学