一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量方法及裝置與流程
本發(fā)明涉及顆粒溶液zeta電位測量技術領域，具體涉及一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量方法及裝置。
背景技術：
zeta電位又叫電動電位，它是表征膠體顆粒分散系穩(wěn)定性的重要指標，是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強度的度量。當zeta電位絕對值小于30mv時，溶液體系穩(wěn)定性差，膠體顆粒溶液將越傾向于凝結(jié)或團聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。當zeta電位絕對值大于30mv時，溶液體系越穩(wěn)定，表現(xiàn)為膠體顆?？梢在呄蛴诰鶆蚯曳€(wěn)定地溶解或分散在溶劑中。因此，它在水泥、油漆、粘結(jié)劑、藥品、化妝品和食品制作、紙張制造和污水處理等眾多行業(yè)中，是必不可少的重要測量參數(shù)。
在測量技術方面，常用的方法有顯微鏡法和電泳法光散射法(els)兩種。后者是被國際標準化組織(iso)推薦為zeta電位的標準測量方法之一，也是最適合于儀用的測量方法。els技術的主要原理是：讓具有zeta電位的膠體顆粒在恒定電場中會產(chǎn)生電泳運動，當電泳運動的顆粒經(jīng)過一片入射激光的干涉區(qū)域時，因為條紋是明暗交替變化的，散射光強將會隨明暗條紋的變化產(chǎn)生幅度上的周期變化，這個周期變化的信號與顆粒電泳速度相關。當信號的周期越小(頻率越高)，表明顆粒通過干涉區(qū)域的時間越短，顆粒的電泳速度會越快，zeta電位也就越強。反之則zeta電位越弱。因此通過傳統(tǒng)的傅立葉變換提取出散射光中周期變化的頻譜信息，將可以得到顆粒的電泳速度，進而根據(jù)smoluchowski和henry公式就能夠計算得到膠體顆粒的zeta電位的數(shù)值。
但是上述的測量過程中往往會存在以下兩方面的問題：一方面，探測光路中無法避免的雜散光，會嚴重影響干涉區(qū)域明暗條紋的襯比度，使周期信號變化不明顯。另一方面，探測點的電場不均勻，使探測點顆粒的電泳速度產(chǎn)生一定的分布，造成多普勒頻移量測量時會出現(xiàn)較大的波動與誤差，從而顆粒的zeta電位測量結(jié)果的穩(wěn)定性與準確性自然也大大降低。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供了一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量方法，本方法在樣品池中設定兩個電場對稱的探測點，利用電泳光散射技術，探測出顆粒電泳運動時產(chǎn)生的散射光信號，然后基于光子相關光譜技術對兩個探測點所拾取的散射光信號分別進行相關性處理，得到兩條相關性曲線，最后將兩條相關曲線信號進行差分處理，從而得到信噪比增強的多普勒頻移信號，利用多普勒頻移量與顆粒zeta電位的計算關系，將得到顆粒的電泳遷移率及其zeta電位；本方法能夠大大剔除雜散光與電噪聲引入的頻譜成分，增強顆粒電泳運動所產(chǎn)生的多普勒頻移信號的信噪比，提高zeta電位測量的準確性與穩(wěn)定性。
本發(fā)明還提供了一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量方法，其包括：
步驟1.設有第一樣品池和第二樣品池，在第一樣品池中設有第一探測點，在第二樣品池中設有第二探測點，向第一樣品池和第二樣品池通入電泳電壓，使得第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反；
步驟2.通過激光光源產(chǎn)生屬性相同的第一光束和第二光束，基于前向小角度散射光探測的原理，第一光束以一定角度入射到第一探測點后得到第一散射光，第二光束以相同角度入射第二探測點后得到第二散射光；
步驟3.將第一光束的分束經(jīng)過光學頻移器移頻后與第一散射光相干涉形成第一干涉光，通過第一光電探測器獲得第一干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號，將第二光束的分束經(jīng)過光學頻移器移頻后與第二散射光相干涉形成第二干涉光，通過第二光電探測器獲得第二干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號；
步驟4.對第一干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號進行自相關運算得到第一組時域信號，對第二干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號進行自相關運算得到第二組時域信號；
步驟5.對第一組時域信號和第二組時域信號分別進行傅里葉變換，從而得到第一組頻域信號和第二組頻域信號，將兩組頻域信號進行差分處理，并獲得兩個探測點之間多普勒頻移量δf，再將δf代入到式(1)得到顆粒的zeta電位ξ：
其中ξ是zeta電位，η是溶液的粘滯系數(shù)，λ0是入射的激光光波長，ε是溶液的介電常數(shù)，e是電場強度，n是溶液折射率，f(kr)是亨利函數(shù)，r為球形顆粒的半徑，k為常數(shù)，θ′是入射光與散射光夾角。
作為本發(fā)明的一種改進，所述第一樣品池和第二樣品池設在同一u型透明管中，u型透明管的左豎段為第一樣品池、右豎段為第二樣品池，u型透明管的左端內(nèi)設有電泳電壓的正極、右端內(nèi)設有電泳電壓的負極，第一探測點設在u型透明管的左豎段內(nèi)、且與正極相距d的位置，第二探測點設在u型透明管的右豎段內(nèi)、且與負極相距d的位置，此時第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反。將第一樣品池和第二樣品池設在同一u型透明管中，既能使得第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反，又利于保證兩個樣品池顆粒的溶液粘滯系數(shù)、介電常數(shù)、顆粒半徑等參數(shù)一致。
在步驟5中，獲得兩個探測點之間多普勒頻移量δf的具體過程如下：將第一組頻域信號和第二組頻域信號在對應點的頻率一一相減得到頻率差值f，由頻率差值f的曲線得到“谷”值f1和“峰”值f2，將f1和f2分別與固定頻移量f0進行差分處理，分別得到δf1和δf2，其中f0為光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量，將δf1和δf2代入式(2)得到平均值：
δf＝(δf1+δf2)/2＝[(f1-f0)+(f2-f0)]/2(2)
進一步地，所述的光電探測器可采用光電倍增管或雪崩光電二極管等光電探測器件。
一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量裝置，其包括電泳電壓源、u型透明管的樣品池、光學相干模塊、光電信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理器；
電泳電壓源的正極設在u型透明管的左端內(nèi)，電泳電壓源的負極設在u型透明管的右端內(nèi)；
光電信號處理模塊包括光電探測器和自相關運算模塊，光電探測器和自相關運算模塊的數(shù)量都為兩個，第一光電探測器設在u型透明管左側(cè)的正下方，第二光電探測器設在u型透明管右側(cè)的正下方，第一光電探測器的輸出端與第一自相關運算模塊的輸入端電連接，第二光電探測器的輸出端與第二自相關運算模塊的輸入端電連接；
數(shù)據(jù)處理器的輸入端分別與第一自相關運算模塊、第二自相關運算模塊的輸出端電連接；
光學相干模塊包括激光光源和光學頻移器，激光光源位于u型透明管上方，激光光源的第一光束經(jīng)一傾斜設置的第一分束鏡入射到u型透明管后散射在第一光電探測器上，第一光束的分束光經(jīng)光學頻移器后照射在第一光電探測器；激光光源的第二光束經(jīng)一傾斜設置的第二分束鏡入射到u型透明管后散射在第二光電探測器上，第二光束的分束光經(jīng)光學頻移器后照射在第二光電探測器。
數(shù)據(jù)處理器內(nèi)設有傅里葉變換模塊、頻譜差分處理模塊和zeta電位計算模塊，傅里葉變換模塊用于將第一自相關運算模塊和第二自相關運算模塊的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；頻譜差分處理模塊用于將第一組頻域信號和第二組頻域信號對應的頻率一一相減得到頻率差值f，并得到頻率差值f的“谷”值f1和“峰”值f2，然后將f1和f2分別與固定頻移量f0進行差分處理，分別得到δf1和δf2，然后得到δf1和δf2的平均值δf，其中f0為光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量；zeta電位計算模塊利用δf值求出顆粒的zeta電位ξ。
作為本發(fā)明的一種改進，所述自相關運算模塊由移位寄存器和乘法累加器組成。
進一步地，所述的光電探測器可采用光電倍增管或雪崩光電二極管等光電探測器件。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
本發(fā)明能夠大大剔除雜散光與電噪聲引入的頻譜成分，增強顆粒電泳運動所產(chǎn)生的多普勒頻移信號的信噪比，提高zeta電位測量的準確性與穩(wěn)定性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于對稱電場的顆粒zeta電位測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為兩個對稱電場探測點中電場方向與電泳方向示意圖；
圖3為本發(fā)明自相關運算模塊中的乘法累加示意圖；
圖4為本發(fā)明自相關運算模塊中的移位寄存器示意圖；
圖5為本發(fā)明自相關運算模塊中的乘法累加器示意圖；
圖6為光學頻移器的鋸齒波偏置電壓示意圖；
圖7為光學頻移器不同的鋸齒波峰值驅(qū)動電壓與產(chǎn)生的固定頻移量大小的關系曲線；
圖8為第一探測點在顆粒沒有電泳運動下獲得的參考頻域信號曲線圖；
圖9為第一探測點在顆粒作電泳運動下獲得的第一自相關曲線圖；
圖10為第二探測點在顆粒作電泳運動下獲得的第二自相關曲線圖；
圖11為第一探測點在顆粒作電泳運動下獲得的第一組頻域信號曲線圖；
圖12為第二探測點在顆粒作電泳運動下獲得的第二組頻域信號曲線圖；
圖13為對第一組頻域信號和第二組頻域信號進行差分處理后的頻譜曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部內(nèi)容。
本發(fā)明在樣品池中設定兩個電場對稱的探測點，據(jù)對稱性的要求，兩個探測點分別選擇在正負電極距離相等的位置附近，在這兩個探測點的電場分布大小相等，方向相反，兩個對稱探測點的電場方向是相反的，負極的電場方向指向電極，而正極的電場方向則相反。因此對稱探測點中顆粒的電泳運動方向也是相反的，不論顆粒電位的正負，必然是一個是遠離電極，一個靠近電極。因為電場大小相等，顆粒的遷移率大小是相同的，在溶液的粘滯系數(shù)、介電常數(shù)與ph值等條件穩(wěn)定下，對稱的電場中被測顆粒電泳運動的遷移率大小與電場強度大小成線性比例關系。
接著采用前向小角度散射光探測的原理，分別以相同的角度在兩個探測點中通入入射光。當顆粒電泳運動時，將會對入射光發(fā)生散射，光電探測器所在位置將能夠探測到散射光信號。與此同時，入射光源經(jīng)過分束鏡與光學頻移裝置后，作為參考光再分別進入到兩個光電探測器中。那么在光電探測器端面上，參考光與顆粒的散射光進行光學相干，并被光電探測器獲得。根據(jù)光子相關光譜的原理，兩個光電探測器將按照一定的采樣時間間隔對相干光進行分段探測，然后其輸出為一組光子數(shù)的時間序列信號。這兩個光子數(shù)序列的信號進行各自的自相關運算，所得到兩個自相關信號曲線再進行傅里葉變換，得到頻域上的能量分布。最后，將兩個探測點的頻域信號進行差分處理，并提取出多普勒頻移量的大小，從而計算出被測顆粒的zeta電位大小。
本發(fā)明方法的具體過程如下，一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量方法，其包括：
步驟1.設有第一樣品池和第二樣品池，在第一樣品池中設有第一探測點，在第二樣品池中設有第二探測點，向第一樣品池和第二樣品池通入電泳電壓，使得第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反；
步驟2.通過激光光源產(chǎn)生屬性相同的第一光束和第二光束，基于前向小角度散射光探測的原理，第一光束以一定角度入射到第一探測點后得到第一散射光，第二光束以相同角度入射第二探測點后得到第二散射光；
步驟3.將第一光束的分束經(jīng)過光學頻移器移頻后與第一散射光相干涉形成第一干涉光，通過第一光電探測器獲得第一干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號，將第二光束的分束經(jīng)過光學頻移器移頻后與第二散射光相干涉形成第二干涉光，通過第二光電探測器獲得第二干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號；
步驟4.對第一干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號進行自相關運算得到第一組時域信號，對第二干涉光的一組光子數(shù)的時間序列信號進行自相關運算得到第二組時域信號；
步驟5.對第一組時域信號和第二組時域信號分別進行傅里葉變換，從而得到第一組頻域信號和第二組頻域信號，將兩組頻域信號進行差分處理，并獲得兩個探測點之間多普勒頻移量δf，再將δf代入到式(1)得到顆粒的zeta電位ξ：
其中，獲得兩個探測點之間多普勒頻移量δf的具體過程如下：將第一組頻域信號和第二組頻域信號在對應點的頻率一一相減得到頻率差值f，由頻率差值f的曲線得到“谷”值f1和“峰”值f2，將f1和f2分別與固定頻移量f0進行差分處理，分別得到δf1和δf2，其中f0為光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量，將δf1和δf2代入式(2)得到平均值：
δf＝(δf1+δf2)/2＝[(f1-f0)+(f2-f0)]/2(2)
其中ξ是zeta電位，η是溶液的粘滯系數(shù)，λ0是入射的激光光波長，ε是溶液的介電常數(shù)，e是電場強度，n是溶液折射率，f(kr)是亨利函數(shù)，r為球形顆粒的半徑，k為常數(shù)，θ′是入射光與散射光夾角。
其中在步驟1中，所述第一樣品池和第二樣品池設在同一u型透明管中，u型透明管的左豎段為第一樣品池、右豎段為第二樣品池，u型透明管的左端內(nèi)設有電泳電壓的正極、右端內(nèi)設有電泳電壓的負極，第一探測點設在u型透明管的左豎段內(nèi)、且與正極相距d的位置，第二探測點設在u型透明管的右豎段內(nèi)、且與負極相距d的位置，此時第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反。將第一樣品池和第二樣品池設在同一u型透明管中，既能使得第一探測點和第二探測點的電場強度大小相同、且方向相反，又利于保證兩個樣品池顆粒的溶液粘滯系數(shù)、介電常數(shù)、顆粒半徑等參數(shù)一致。
在上述方法中，所述的光電探測器均為光電倍增管。
請參考圖1和圖2，下面是對本發(fā)明裝置進行具體說明，一種基于對稱電場的顆粒zeta電位測量裝置，其包括電泳電壓源10、u型透明管20的樣品池、光學相干模塊、光電信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理器50。
電泳電壓源10的正極設在u型透明管20的左端內(nèi)，電泳電壓源10的負極設在u型透明管20的右端內(nèi)。
在本裝置中采用了u型透明管10的樣品池設計，在u型透明管10的兩個上方入口處分別接上正負電極。如圖2所示，左側(cè)為正極，右側(cè)為負極時，電場的方向只會沿u型管道，從正極指向負極。在距離兩個電極相同距離d的位置可分別設置兩個探測點。在這兩個探測區(qū)域內(nèi)，電場方向?qū)堑谝惶綔y點21為向下，第二探測點22的方向向上，滿足電場方向相反的條件。同時因為兩個探測點距離電極的距離相等，根據(jù)電場強度與電壓之間的關系式，兩個探測點也將滿足大小相等的條件。此處的電場除了強度大小相等，方向相反外，電場強度也是均勻分布的，比以往采用u型樣品池的底部作為探測點的方法，有了較大的改進。
關于“對稱電場”的特征，顆粒的電泳運動也具有對稱性?；趗型透明管樣品池的結(jié)構(gòu)，當給u型透明管電極上通入如圖2所示的電壓時(左正右負)，兩個探測點中電場方向(粗線箭頭)將是左側(cè)方向向下，右側(cè)方向向上。被測顆粒的電泳方向(細線箭頭)將根據(jù)顆粒的zeta電位極性決定。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，探測點中顆粒的電泳運動方向同樣相反的。
根據(jù)henry公式，zeta電位與遷移率、電場強度之間的關系式為：
其中v為電泳速度，μ為電泳遷移率，η為溶液的粘質(zhì)系數(shù)，ε為溶液的介電常數(shù)，ξ為zeta電位，r為球形顆粒的半徑，k為常數(shù)，f(kr)是一個隨著kr從1到1.5單調(diào)變化函數(shù)。一般地，對水性懸浮液中的大粒子，kr>>1，f(kr)＝1.5；對有機溶液中的小粒子，kr>>1，f(kr)＝1。
從公式(3)中可以知道，兩個探測點中的溶液粘滯系數(shù)、介電常數(shù)、顆粒半徑等參數(shù)是相等的，當電泳電場強度大小相同時，顆粒的電泳速度大小也是相同的。綜上所述，理想狀態(tài)下兩個探測點的顆粒電泳運動速度大小是相同的，方向相反，同樣滿足本專利中所定義的“對稱”特征。
光電信號處理模塊包括光電探測器30和自相關運算模塊40，光電探測器30和自相關運算模塊40的數(shù)量都為兩個，第一光電探測器31設在u型透明管20左側(cè)的正下方，第二光電探測器32設在u型透明管20右側(cè)的正下方，第一光電探測器31的輸出端與第一自相關運算模塊41的輸入端電連接，第二光電探測器32的輸出端與第二自相關運算模塊42的輸入端電連接。
在本實施例中，所述的光電探測器30為光電倍增管，光電倍增管對散射光與參考光的光強表征采用光子計數(shù)模式，光子計數(shù)模塊設計為兩個工作模式相同的光子計數(shù)器，通過設置采樣計數(shù)間隔，周期性地輪流開啟能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷地對各路光子數(shù)進行計數(shù)和輸出，得到一組光子數(shù)的時間序列信號。其中，光電探測器30也可以是雪崩光電二極管等其他光電探測器件，只要所述的其他光電探測器件為現(xiàn)有的技術且能實現(xiàn)光子采集和光子計算的目的，都未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。其中，自相關運算模塊40是由移位寄存器和乘法累加器組成，下面以一個4通道的自相關運算為例來說明自相關運算模塊的工作原理，如圖3所示。移位時鐘將光子計數(shù)值存儲在移位寄存器的第一個單元里，下一個移位時鐘到來時，移位寄存器的第一個單元的數(shù)值n(1)被轉(zhuǎn)移到第二個單元，啟動乘法累加單元進行運算。經(jīng)過n次采樣后，用ni表示第i個采樣時間里的光子計數(shù)，i＝1，2，3…n，圖3中的4個累加器保存的數(shù)值分別為：
第1累加器：r(δτ)＝n1n2+n2n3+…+nn-1nn
第2累加器：r(2δτ)＝n1n3+n2n4+…+nn-2nn
第3累加器：r(3δτ)＝n1n4+n2n5+…+nn-3nn
第4累加器：r(4δτ)＝n1n5+n2n6+…+nn-4nn
自相關運算模塊主要依據(jù)上述原理構(gòu)建了移位寄存器模塊與乘法累加器模塊。移位寄存器模塊完成數(shù)據(jù)的存儲與移位操作，具體的電路設計如圖4。該電路有3個輸入，iclk為移位時鐘，ien為使能信號，高電平有效，idata[3..0]為第一個移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。當ien使能，iclk上升沿時，數(shù)據(jù)idata[3..0]移進在inst單元，同時inst單元數(shù)據(jù)移進inst1單元，以此類推。乘法累加器模塊完成數(shù)據(jù)的相乘與累加操作。乘法累加器的工作過程如下，具體的電路設計如圖5。iclk50m為50m的時鐘輸入，irst為復位輸入線，ien為使能信號，高電平有效。iclk為移位時鐘，idataa[3..0]為圖4中第一個移位寄存器的數(shù)據(jù)，idatab[116..0][3..0]為預先設定的需要計算的通道所對應的移位寄存器的數(shù)據(jù)。乘法累加器中的乘法運算使用了高速硬件乘法器采用時分復用的方法進行計算，節(jié)省了硬件資源。
自相關運算模塊40除上述方式實現(xiàn)外，還可以通過計算機編寫軟件程序模塊的方式實現(xiàn)。其軟件程序流程是：根據(jù)自相關運算的原理，順序地進行數(shù)據(jù)移位相乘和累加，最終完成自相關運算的處理。
光學相干模塊包括激光光源60和光學頻移器70，激光光源60位于u型透明管20上方，激光光源60的第一光束經(jīng)一傾斜設置的第一分束鏡80入射到u型透明管20后散射在第一光電探測器31上，第一光束的分束光經(jīng)光學頻移器70后照射在第一光電探測器31；激光光源60的第二光束經(jīng)一傾斜設置的第二分束鏡90入射到u型透明管20后散射在第二光電探測器32上，第二光束的分束光經(jīng)光學頻移器70后照射在第二光電探測器32。
在本實施例中，光學頻移器是利用壓電陶瓷實現(xiàn)的，具體地將壓電陶瓷放置于光路中，通過改變壓電陶瓷的偏置電壓，使分束光產(chǎn)生位移變化，從而改變分束光的光程，最終實現(xiàn)移頻。壓電陶瓷產(chǎn)生固定頻移量的關系式為：
其中，β為壓電陶瓷的位移-電壓線性變化常數(shù)，λ為入射光波長，
如圖7所示，為本發(fā)明裝置在試驗中測量得到的，光學頻移器的鋸齒波峰值驅(qū)動電壓與產(chǎn)生固定頻移量的關系，實驗中是以5v為間隔，設定壓電陶瓷的最大峰值電壓分別為20v、25v、......、60v，鋸齒波周期為1秒，如圖7所示，壓電陶瓷的驅(qū)動電壓與產(chǎn)生的固定頻移信號滿足線性關系。
數(shù)據(jù)處理器50的輸入端分別與第一自相關運算模塊41、第二自相關運算模塊42的輸出端電連接。數(shù)據(jù)處理器50內(nèi)設有傅里葉變換模塊51、頻譜差分處理模塊52和zeta電位計算模塊53，傅里葉變換模塊51用于將第一自相關運算模塊41和第二自相關運算模塊42的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；頻譜差分處理模塊52用于將第一組頻域信號和第二組頻域信號對應的頻率一一相減得到頻率差值f，并得到頻率差值f的“谷”值f1和“峰”值f2，然后將f1和f2分別與固定頻移量f0進行差分處理，分別得到δf1和δf2，然后得到δf1和δf2的平均值δf，其中f0為光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量；zeta電位計算模塊53利用δf值求出顆粒的zeta電位ξ。
下面作為本發(fā)明裝置的一個實施方式用來說明本發(fā)明裝置的使用過程：在u型透明管的兩個上方入口處分別接上正負電極，左側(cè)為正極，右側(cè)為負極時，電泳電壓為20v，在距離兩個電極相同距離d的位置可分別設置兩個探測點，左側(cè)為第一探測點，右側(cè)為第二探測點，光束前向小角度為26°，即是光束以向前傾斜26°入射到第一探測點和第二探測點；給光學頻移器提供周期為1hz，幅度從0至60v變化的鋸齒波信號。首先在第一探測點，測出參考光與沒有電泳運動的顆粒產(chǎn)生的散射光相干后，得到自相關曲線，并獲得參考頻域信號，參考頻域信號如圖8所示，此時得到光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量為80hz。接著得到第一探測點在顆粒作電泳運動下的自相關曲線，第一自相關曲線如圖9所示；以及第二探測點在顆粒作電泳運動下的自相關曲線，第二自相關曲線如圖10所示。
將第一探測點和第二探測點的自相關信號分別進行傅里葉變換，即將時域信號變?yōu)轭l域信號，得到第一組頻域信號和第二組頻域信號。如圖11所示為第一組頻域信號，圖12所示為第二組頻域信號。兩個探測點的結(jié)果除了對周期信號的頻譜得到了輸出，但同時還存在著其他頻率成分，特別是在20hz以下的頻譜分量非常高。這部分頻譜成分主要來源于雜散光和噪聲干擾的成分，以及自相關運算引入的數(shù)學模型誤差。這些頻譜成分在兩個探測點中均有體現(xiàn)，可視為共模信號的頻譜成分。將圖11和圖12的頻譜信號與圖8的頻譜圖對比可以得到：由于第一探測點與參考點的電場方向相同，第一探測點中顆粒的電泳運動所產(chǎn)生的多普勒頻移量與光學頻移器在相同的條件下產(chǎn)生的光學頻移量80hz相疊加，總頻移量為100hz；而第二探測點與參考點的電場方向相反，第二探測點中顆粒的多普勒頻移量與光學頻移器產(chǎn)生的光學頻移量相減，總頻移量為60hz。
圖13是對兩個探測點頻譜信號進行差分處理后的結(jié)果，處理過程為兩條頻譜曲線圖11和圖12進行逐個頻率點相減，圖13顯示本發(fā)明能夠有效抑制共模信號，特別是40hz以下的低頻信號得到了明顯的抑制。也即是本發(fā)明能夠大大剔除雜散光與電噪聲引入的頻譜成分，增強顆粒電泳運動所產(chǎn)生的多普勒頻移信號的信噪比，提高zeta電位測量的準確性與穩(wěn)定性。
根據(jù)圖13差分處理后的頻譜曲線，并得到頻率差值f曲線的“谷”值f1和“峰”值f2，由于固定頻移量f0是預先設定的，然后將f1和f2分別與固定頻移量f0進行差分處理，分別得到δf1和δf2，然后將δf1和δf2代入式(2)得到平均值δf，其中f0為光學頻移器產(chǎn)生的固定頻移量；然后將δf值代入算式(4)利用求出顆粒的zeta電位ξ。
上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。
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