白 杨，由希雨，白 雪，由学志

（1．河北工业大学科技开发中心，天津 300130；2.《纺织器材》杂志社，咸阳 712000）

溶剂前沿告警系统的研制

白 杨1，由希雨1，白 雪2，由学志1

（1．河北工业大学科技开发中心，天津 300130；2.《纺织器材》杂志社，咸阳 712000）

依据薄层板被溶剂浸润前后其反射率的变化即浸润前反射率高、浸润后反射率低，以及恰当的光电传感器和电路能使反射率引起的电压差别达0.1 V以上的理论根据，通过检测薄层板的反射率再配合功能部件设计出溶剂前沿告警系统.该系统操作简单、节省材料、效率高，可用于药品或食品的检验，是薄层色谱法必备仪器.

薄层色谱；溶剂；前沿；告警系统；反射率

薄层色谱法是将适宜的固定相涂布于玻璃板上，形成均匀薄层，再经点样、展开后与适宜的对照物按同法所得的色谱图作对比，用以进行药品成分的鉴别及杂质的检查.薄层色谱法的基本操作过程为：将玻璃板均匀涂上某种物质，烘干，称为薄层板；把被检验的药品溶于水，取该溶液点于薄层板上，同时把标准成分的溶液也点于薄层板上，烘干；把点过药品和标准品的薄层板，再放入展开缸中用有机溶剂展开.经过一段时间的展开，混合物中各组份在薄层板上连续不断地进行吸附和解吸附，从而使各组份移动的速度产生差异，不同物质就彼此被分开，最后形成互相分离的斑点.根据药典规定，将点好样品的薄层板放入展开缸的溶剂中，密封顶盖，有机溶剂被薄层板吸附，垂直向上展开.待展开至规定距离时，取出薄层板，晾干，检测.薄层板在展开过程中，由于展开太多会浪费时间和材料，展开太少又检验不准.为达到规定的展距，需人值守.而溶剂前沿告警系统可代替人值守，当薄层板在展开时，溶剂前沿达到规定的展距时立即声光告警.薄层色谱法是药品或食品检验的一种方法，是药典规定的必须使用方法，药厂和药检等有关部门都必须使用.溶剂前沿告警系统是薄层色谱法必备的仪器，既节省人力物力，又能提高效率[1].国外公司已有溶剂前沿告警器，但报价很高，而国内还未见相关产品或相关论文的报道.针对此，本文根据反射定律和光电传感器原理，自行研制了一种溶剂前沿告警系统.

1 原理部分

1.1 反射定律

反射定律是光在光滑界面上反射时确定反射光线与入射光线传播方向间关系的定律，是几何光学的基本定律之一.如图1所示，入射光线I与界面在入射点O的法线N所构成的平面称为入射面，入射光线I与反射光线R的传播方向可分别用它们与法线N的夹角α和β表示.通常把α和β分别称为入射角和反射角.反射定律为：①反射光线与入射光线同在入射面内.②反射角等于入射角，即α＝β.上述反射定律只适用于各向同性介质的界面，且只解决光线的传播方向问题而不涉及反射时的能量分配问题.光的反射与力学中弹性小球在光滑桌面上的反弹十分相似.

图1 反射定律示意图Fig.1 Fanshedinglv diagram

当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同方向无规则地反射，如图2所示，这种反射称之为“漫反射”，这种反射的光称为漫射光.

图2 漫反射示意图Fig.2 Diffuse reflection diagram

很多物体其表面粗看起来似乎是平滑的，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向.

漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光.漫反射光携带丰富的样品结构和组织信息．漫反射光在提取样品信息方面更为直接可靠．漫反射也和镜面反射一样遵循光的反射定律.

1.2 光电传感器原理

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它把被测量的光信号借助光电元件转换成电信号，可直接检测光量的变化.光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点.

光敏二极管构成最常见的光电传感器，光敏二极管工作在反向偏置的状态下，并与负载电阻相串联.当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子.在外电场的作用下，光电载流子参与导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流.光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化的电信号[2-3].

1.3 溶剂前沿告警系统的设计原理

薄层板经溶剂部分浸润后的照片如图3所示.

图3 薄层板经溶剂部分浸润后的照片Fig.3 Thin layer plate after invasion by solvent part of picture

由图3可以看出，薄层板经溶剂浸润前后其反射率有较大变化，浸润前反射率高，浸润后反射率低.恰当的光电传感器和电路能使反射率引起的光电压差别达0.1 V以上.利用这一特点，再考虑其他次要因素，即可研究设计溶剂前沿告警系统.

2 溶剂前沿告警器的设计

2.1 光电传感器布局设计

溶剂前沿报警器的关键部件是光电传感器，图4显示了溶剂前沿告警器的光电传感器与薄层板的几何关系.其中，D为薄层板到光电传感器的距离；C为发射管到接收管的距离；两管的倾斜角为α、β，α=β，tan α=C/2D.这样的布局使薄层板受有机溶剂浸润前后的反射率引起的电压变化最大.

图4 光电传感器的光路Fig.4 Photoelectric sensor optical

光电传感器用于感受薄层板反射率的变化，其上下可以设定，能够设定报警位置.

光电传感器有发射管和接收管，如图4.发射管和接收管的光谱特性要完全匹配.为了抗环境光的干扰，选用850 nm红外光.本文选用红外发光二极管SE5470作为发射管，它发出的红外线波长峰值为850 nm左右，前面半圆（φ5 mm），红外透明，窄范围光束发射角约200°.红外接收管采用光敏二极管，接收峰值也为850 nm，红外接收二极管同样前面半圆（φ5 mm），红外透明，光束接收角度约为20°.

薄层光谱法在操作时需要薄层板在展开缸里面，而溶剂前沿告警器在展开缸外面，光路必须经过展开缸缸壁.为了避免缸壁的干扰，必须使展开缸缸壁的反射光远离薄层板的反射光.光的传播理论表明，光经过展开缸缸壁时在每一个界面都会反射，缸壁光滑可看成镜面反射，按反射定律其反射光方向应远离接收管，按图5布置能够使展开缸缸壁的反射干扰很小，几乎为零.

环境光干扰（室内灯光或自然光）是难以确定的，不同的实验室差别很大，为此，本文采取措施尽量封闭光电传感器，使无用信号很少进入接收管，并且设置调整比较限V1[4].

图5 光电传感器与薄层板的工作位置示意图Fig.5 Work position diagram of photoelectric sensors and thin plate

2.2 放大、比较电路

由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以就要增设放大电路，如图6所示，a点为放大前的信号，b点为放大后的信号.为了适应不同环境和不同的溶剂薄层板，采用比较限电路，通过调整电位器V1来调整比较限以改变告警的光强.c点为比较并放大后的信号，经过比较并放大的信号再经过1/4LM324的放大，d即为再放大后的输出信号，可以驱动声光报警[5].

图6 光电接收电路的放大、比较电路及a、b、c、d各点的信号波形图Fig.6 Optical amplifier amplifying，comparing circuit and a，b，c，d points in the signal waveform

2.3 溶剂前沿告警系统

根据前述的理论原理，笔者研制了溶剂前沿告警系统，如图7所示.

3 结束语

该溶剂前沿告警系统的研制填补了国内空白.试验证实，该系统在恶劣的环境下也可长时间正常使用，不受室内环境光变化干扰，适用于常用薄层板和溶剂，适用于185～230 V交流电.该溶剂前沿告警器已被用于生产实践，提高了工作效率，符合药典要求，满足生产需要，减轻了劳动强度，受到药检操作人员的认可.

[1]严承宇.中药薄层色谱分析与应用[M].北京：中国医药科技出版社，2009：1-15.

[2]吴训一.自动检测技术（上册）[M].北京：机械工业出版社，1979：222-252.

[3]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京：电子工业出版社，1991：357-418

[4]由希雨.钢筘筘齿总数和筘号检测仪的应用[J].纺织器材，2009，36（1）：49-51.

[5]（美）R.F.格拉夫.电子电路百科全书（第二卷）[M].北京：科学出版社，1989：5-23.

Research on solvent front warning system

BAI Yang1，YOU Xi-yu1，BAI Xue2，YOU Xue-zhi1
（1.Science and Technology Development Center，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；2.Office of Textile Equipment，Xianyang 712000，China）

The reflectivity of the thin plates changes with the change of state before and after they are infiltrated into the solvent,i.e.the reflectivity is higher before the infiltration and lower after the infiltration;the use of appropriate photoelectric sensor and circuit can make the voltage difference caused by the reflectivity between 0.1 volts and more.Based on the above theory,by way of detecting the reflectivity of the thin plates and with the combination of the functional parts，the solvent front warning system is designed.This system is a necessity for thin-layer chromatography apparatus，and can be used in drug and food testings，which allows simple operation，material saving and quick efficiency.

thin-layer chromatography；solvent；front；warning system；;reflectivity

book=2,ebook=100

TH74；TQ460.7

A

1671－024X（2010）03－0062－04

2010-03-24

白 杨（1951—），男，高级工程师.

白 杨（1951—），男，高级工程师.E-mail：yangb@263.net