用光栅光谱仪测茶水的吸光度与透光率在汽车玻璃上的应用

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专业：测控技术与仪器

日期：2012年12月2日

目录

摘要-----------------------------------------------------------------------------------------------1

关键词--------------------------------------------------------------------------------------------1

引言-----------------------------------------------------------------------------------------------1

研究意义-----------------------------------------------------------------------------------------1

1、实验材料------------------------------------------------------------------------------------2

1.1实验材料 ------------------------------------------------------------------------------2

1.1.1实验材料-------------------------------------------------------------------------2

1.1.2仪器与设备----------------------------------------------------------------------2

2、基本原理------------------------------------------------------------------------------------2

3、实验方法------------------------------------------------------------------------------------3

3.1光栅光谱仪校准-----------------------------------------------------------------------3

3.2测量自来水的基线--------------------------------------------------------------------3

3.3测量自来水的透过率和吸光度-----------------------------------------------------4

3.4测量茶水的透过率和吸光度--------------------------------------------------------5

4、测量结果和数据分析----------------------------------------------------------------------5

5、实验总结-------------------------------------------------------------------------------------5

6、参考文献-------------------------------------------------------------------------------------6

用光栅光谱仪测茶水的吸光度与透光率在汽车玻璃上的应用

刘涛（东北大学秦皇岛分校 河北 秦皇岛5110905）

【摘要】茶水有不同的颜色，茶水对光的吸收和反射作用也因茶叶品质的不同而不同，而且同一种茶水对不通透波段的光吸收反射情况也不同，根据WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪的功能，设计实验对自来水和茶水的吸光度与透过率进行测量，用自来水做基线，并绘制吸光度和透过率的曲线图，然后对比茶水和自来水吸光度与透过率的曲线图，分比较分析。然后确定其在汽车玻璃贴膜方面的应用价值。

【关键词】光栅光谱仪，茶水，透过率和吸光度，汽车玻璃贴膜；

【 abstract 】 tea have different colors, tea light absorption and reflection effect because of the tea quality different and different, and the same kind of tea to fully band of light absorption reflection situation is different also, according to the WGD - 3 type of a sectional and multi-function grating spectroscope, the function of the design of tap water and tea of absorbance and transmittance measurement, use water to do baseline, and draw absorbance and transmittance of graph, and then compared tea and water absorbency and permeability curve of comparative analysis, points. Then determine its in automobile glass sticking film application values.

【 key words 】 grating spectrometer, tea, transmittance and absorbance, auto glass skin;

【引言】汽车贴膜是指在车辆前后挡风玻璃、侧窗以及天窗上贴的一层薄膜状物体，也叫做太阳膜或者隔热膜。主要作用是阻挡紫外线、阻隔部分热量以及防止玻璃突然爆裂导致的伤人等意外情况，而茶叶中有效成分可以达到阻挡紫外线的作用，所以可用它制作汽车玻璃贴膜，来代替传统的贴膜，并可以制成根据用户需求改变颜色的汽车玻璃。

研究背景：

近年来，汽车行业快速发展，汽车贴膜也跟着快速的发展起来。现在市场上出售的汽车玻璃贴膜种类很多，从一代的茶纸到二代的防爆膜再到第三代的防晒隔热膜，汽车贴膜从安装简单，遮光性强的太阳纸到具有一定的隔热、防晒性能的太空膜，技术成本越来越高。有些汽车贴膜厂家还推出了功能各异的汽车专用贴膜。普通的汽车贴膜一般包含有7层：隔热层、色彩腹膜、紫外线吸收层、安全基层、透明胶层、PE合成纤维层和HC耐磨层。包括PET基础层，带色PET高分子安全基层由高强度、高透明PET聚酯与颜料熔融挤出双向拉伸值得，颜料夹在PET膜里面，可防止氧化变色，寿命长达8年；基础层上复合有SSIR 涂层, SSIR 涂层上复合有金属膜基础层, 金属隔热层在PET 膜上通过真空蒸镀或真空磁控溅射金属铝、银、镍等对红外线有较高反射率的纳米级金属层; 金属隔热层上复合有抗氧化隔离层, 抗氧化隔离层上复合有低辐射涂层, 低辐射涂层外为耐磨损涂层。抗磨层由耐磨聚氨酯组成, 硬度高达4H; 复合胶粘剂由耐候性良好高透明的聚氨酯胶或丙烯酸酯胶粘剂组成; U V 吸收层由特种UV 吸收剂构成, 可阻隔大部分的紫外线。而用茶叶中提取的物质可以代替色彩腹膜、和紫外线吸收层，现在市场上的膜不能改变颜色，如果能够制造出可变色的汽车玻璃膜，而且颜色是根据用户的需求来改变的。那必将会迎来广阔的市场。

一、实验材料

1.1实验材料

1.1.1实验材料：

大红袍茶水，自来水

1.1.2仪器与设备：

WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪

规格与主要技术指标：

波长范围 200-800mm， 焦距 302.5mm， 相对孔径 D/F=1/7，

波长精度 +0.4nm， 波长重复性 +0.2nm， 杂散光 ≤10-3

二 、基本原理：

光束穿过有一定厚度的介质是，有一部分光被反射，令有一部分被介质吸收，剩下的从介质投射出来。一般来说介质对光的反射、透射不但与介质材料有关，而且与入射光波长有关。WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪，有光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图:2-1：

入射狭缝、出射狭缝均为直线缝，宽度范围0-2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上或S3上。

M2、M3 焦距302.5mm

光栅G 每毫米刻线1200条 闪耀波长550nm

二块滤光片工作区间 白片 320—500nm

黄片 500—800nm

WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪系统连线示意图如图3-2：

三、实验方法

根据 WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪的使用说明打开软件。

3.1光栅光谱仪的校准：

采用钠光源对光谱仪校准。

3.2测量自来水的基线

分别选择“工作方式”—“模式”、“间隔”中的“基线（E）”、“0.2nm”选项，“工作范围”的“起始波长”和“终止波长”分别为200.0nm和800.0nm，“最大值”自动显示为1000.0，“最小值”自动显示为0.0，“工作状态”分别为“负高压”为3，“增益”为2，“采集次数”为10次。

在试管中装入自来水，并将其放入载物盒中，用溴钨灯做光源照射，测量基线，单击“单程”按钮。系统自动测量、计算，把蒸空气的基线信息以曲线形式描绘在屏幕上。单击“保存”，在弹出的“保存预设”对话框中选择寄存器-1，勾选“文本文档”，单击“保存”，在“另存为”的对话框中输入文件名并保存。

图1水的基线曲线 3.3测量空气的透过率和吸光度

在测量自来水基线的软件环境下，将“工作方式”下的“模式”调整为“透过率（%T）”，“最大值”自动显示为100.0，“最小值”自动显示为0.0。

重新调零后，单击“单程”按钮。系统自动测量、计算，把自来水的信息以曲线形式描绘在屏幕上。单击“保存”，在弹出的“保存预设”对话框中选择寄存器-2，勾选“文本文档”，单击“保存”，在“另存为”的对话框中输入文件名并保存。

图2自来水的透过率曲线图

接下来测吸光度，点击“工作”—“重新初始化”，检波至0.0nm后，将“工作方式”下的“模式”调整为“吸光度（ABS）”，“最大值”自动显示为3.000，“最小值”自动显示为-3.000。

单击“单程”按钮。系统自动测量、计算，把自来水的信息以曲线形式描绘在屏幕上。单击“保存”，在弹出的“保存预设”对话框中选择寄存器-3，勾选“文本文档”，单击“保存”，在“另存为”的对话框中输入文件名并保存。

图3水的吸光度曲线图

3.4测量茶水的透过率和吸光度

用同样的步骤分别测量茶水的透过率和吸光度，并与基线对比，得到的图形如下：

图4 茶水透过率曲线图

图5茶水吸光度曲线图

四、测量结果和数据分析

从图1可以看出，当光射入自来水中时，随着波长的增大，水对光线的阻挡作用先减弱后增强，但是从图2看，对任意波长的光，其透过率几乎都达到了100%，也就是说自来水对光线几乎没有阻挡作用，再看图2，水对波长在200nm到250nm范围内的光吸收能力最强，但吸光度最大也只有0.06，很小很小，从图3可以看出茶水对波长在300nm左右的波透过率很低，而紫外线波段在5nm到400nm之间，,说明茶水对紫外线的透过有阻挡作用。从图5可以看出茶水的吸光度先增大后降低，但是对于对300nm左右波长的光吸收能力很强强，几乎达到100%，而后随着波长的增大对光吸收能力逐渐减弱。

五、实验总结

通过实验可以总结出茶水有防紫外线的作用，而且根据不同茶也有不同的颜色，可以突起茶叶中色素代替现在普通玻璃贴膜中的有色金属元素。据了解，为了使玻璃贴膜具有不同的颜色，生产商在膜中加入了不同的金属元素，稀土元素也十分普遍，并且有不少元素是对人体有害的，例如Cr和Ni是是公认的致癌物，含有这些元素的膜被丢弃后可能会对环境造成极大的影响，因此，如果用茶叶中的提取物做替代品，不仅达到了绿色环保的效果，而且还会降低成本。一旦研制成功，定会带来丰厚的经济效益。

六、参考文献

[1]利用高光谱图像技术评判茶叶的质量等级，光学学报，程全胜、赵杰文、蔡建荣21 2013

[2]WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪介绍，天津港东科技发展股份有限公司生产

[3]汽车玻璃贴膜紫外级可见光谱特性检验的物证价值 刑事技术2011年第4期 苑军辉，于筱娟，张金庄

[4]汽车玻璃贴膜的紫外、可见光谱特性 光谱实验室第27卷，第六期。

用光栅光谱仪测茶水的吸光度与透过率