一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,該方法通過(guò)恒溫腔控制溫度,結(jié)合當(dāng)前條件下光源、光電轉(zhuǎn)換器和待測(cè)物的函數(shù),通過(guò)算法消除波寬和溫度造成的理論誤差,最終獲得校正后的近似值。通過(guò)上述方法,通過(guò)控制溫度在小范圍波動(dòng),并對(duì)已獲得數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析和處理,減小由于環(huán)境溫度變化和光源譜寬產(chǎn)生的誤差,獲得更高精度的數(shù)據(jù)。本發(fā)明方法能夠有效減小由于光源譜寬和溫度變化而產(chǎn)生的誤差,從而提高在線(xiàn)分光光度法檢測(cè)設(shè)備的可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及儀器分析領(lǐng)域,特別是一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收,以液體為例,基本定律是朗伯比爾定律,它表明:當(dāng)一束 單色光通過(guò)含有系光物質(zhì)的溶液后,溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正 比。
[0003] 在朗伯比爾定律的推導(dǎo)中,至少有三個(gè)假設(shè)是與實(shí)際不符的:第一:假設(shè)采用的 光源是單色光;第二:入射光是平行光:第三:吸光粒子的行為相互無(wú)關(guān),而且不論其數(shù)量 和種類(lèi)如何都是如此。此外,樣品的預(yù)處理、測(cè)量的光程、雜散光的影響、噪聲的影響、光譜 寬度的影響、化學(xué)因素的影響以及其他因素的影響都會(huì)使定律發(fā)生偏移,特別在待測(cè)物濃 度較低的時(shí)候溫度也有較明顯的影響。
[0004] 對(duì)同一物質(zhì),濃度不同時(shí),同一波長(zhǎng)下的吸光度A不同,但其最大吸收波長(zhǎng)的位置 和吸收光譜的形狀不變。雖然對(duì)于同一物質(zhì),在一定的波長(zhǎng)下,隨著濃度的增加,吸光度A 也相應(yīng)增加,但是不同波長(zhǎng)處吸光度A增加的增幅是不同的,在最大吸收波長(zhǎng)處,增幅最 大。
[0005] 光源光強(qiáng)隨著時(shí)間、溫度和工作電壓等條件變化,但是他們的光譜形狀是不會(huì)發(fā) 生變化。光電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換能力隨著波長(zhǎng)的變化而變化;隨著溫度的變化,光電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn) 換能力也會(huì)發(fā)生變化;光電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換能力不隨著時(shí)間的推移而發(fā)生偏移。
[0006] 在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器中,應(yīng)用分光光度法的儀器,光源一般采用的是發(fā)光二極管,檢 測(cè)器一般采用的是光電池。發(fā)光二極管的光譜寬度一般都是幾十納米,并且常常不能夠找 到待測(cè)物最大吸收波長(zhǎng)與發(fā)光二極管最強(qiáng)發(fā)光波長(zhǎng)相吻合的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的發(fā) 光光譜,最大發(fā)光光強(qiáng)處的波長(zhǎng)和形狀都不隨著溫度、時(shí)間等發(fā)生變化,但是峰高與時(shí)間、 溫度以及電壓等因素有顯著相關(guān)性。更重要的是,在線(xiàn)自動(dòng)儀器不可能像實(shí)驗(yàn)室測(cè)試那樣, 每測(cè)試一組數(shù)據(jù)都會(huì)繪制一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。在實(shí)際中,在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器一次標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)間隔 一般都是以天為單位,晝夜間的誤差對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)都有影響,而一天的工作時(shí)間對(duì)光源 本身也有較明顯的影響。在這種情況下,理論誤差都比較大,如果在考慮機(jī)械誤差、操作誤 差和隨機(jī)誤差,則整體誤差就會(huì)更大,儀器數(shù)據(jù)可靠性降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境溫度變化和光源譜寬對(duì)測(cè)量濃度 產(chǎn)生的影響,而提供了一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,采用本發(fā)明中的方法, 能夠在其他輔助裝備情況下,有效減小由于光源譜寬、溫度變化而產(chǎn)生的誤差,從而提高在 線(xiàn)分光光度法檢測(cè)設(shè)備的可靠性、準(zhǔn)確率和線(xiàn)性范圍。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,包括以下步驟:
[0010] 步驟一、在溫度為T(mén)- Λ t至T+ Λ t的條件下,建立發(fā)光單元的光源特征函數(shù)、比色 單元待測(cè)液吸光度特征函數(shù)和光電轉(zhuǎn)換單元特征函數(shù);其中,T是依據(jù)待測(cè)液的顯色反應(yīng) 對(duì)溫度的敏感程度設(shè)定的溫度,At是根據(jù)分光光度系統(tǒng)對(duì)溫度的敏感程度設(shè)定的浮動(dòng)溫 度;
[0011] 步驟二、將發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元均設(shè)置在恒溫腔內(nèi);
[0012] 步驟三、建立工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù),具體如下:
[0013] (301)、控制發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元的實(shí)際溫度設(shè)置在T-At 至T+At之間;
[0014] (302)、計(jì)算濃度為Ci的標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度』f I其中,i = 1,2, 3,......η,η為大于 3的整數(shù);
[0015] (303)根據(jù)步驟一中已建立的比色單元待測(cè)液吸光度特征函數(shù),計(jì)算工作標(biāo)準(zhǔn)曲 線(xiàn)函數(shù);具體如下:
[0016] (3031)、計(jì)算在入射光的波寬為lnm,光源峰值波長(zhǎng)λ a處的標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù) Ia(C1A);
[0017] (3032)、根據(jù)步驟一中已建立的光源特征函數(shù),計(jì)算在光源波寬從Ab至λ。情況 下的標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù)I b(C,A);
[0018] 其中,λ b為波寬起始波長(zhǎng),λ。為波寬終止波長(zhǎng);
[0019] (3033)、計(jì)算去除溫度理論誤差的實(shí)測(cè)吸光度4 =# + (為r -為,),其中
【權(quán)利要求】
1. 一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于,包括w下步驟: 步驟一、在溫度為T(mén)- A t至T+ A t的條件下,建立發(fā)光單元的光源特征函數(shù)、比色單元 待測(cè)液吸光度特征函數(shù)和光電轉(zhuǎn)換單元特征函數(shù);其中,T是依據(jù)待測(cè)液的顯色反應(yīng)對(duì)溫 度的敏感程度設(shè)定的溫度,At是根據(jù)分光光度系統(tǒng)對(duì)溫度的敏感程度設(shè)定的浮動(dòng)溫度; 步驟二、將發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元均設(shè)置在恒溫腔內(nèi); 步驟H、建立工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù),具體如下: (301) 、控制發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元的實(shí)際溫度設(shè)置在T-At至 T+At之間; (302) 、計(jì)算濃度為。的標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度其中,i = 1,2, 3,......n,n為大于3的 整數(shù); (303) 根據(jù)步驟一中已建立的比色單元待測(cè)液吸光度特征函數(shù),計(jì)算工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函 數(shù);具體如下: (3031) 、計(jì)算在入射光的波寬為Inm,光源峰值波長(zhǎng)A。處的標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù) la(C,A); (3032) 、根據(jù)步驟一中已建立的光源特征函數(shù),計(jì)算在光源波寬從Ab至乂。情況下的 標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù)lb(C,A); 其中,^ b為波寬起始波長(zhǎng),^。為波寬終止波長(zhǎng); (3033) 、計(jì)算去除溫度理論誤差的實(shí)測(cè)吸光度4 = <* + (為r -為,),其中
'計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù) lc(C,A); 其中,《 (A,T)是光電轉(zhuǎn)換單元特征函數(shù)在溫度為T(mén)時(shí)光電轉(zhuǎn)化率與波長(zhǎng)的函數(shù), f (入,T)是光源特征函數(shù)在溫度為T(mén)時(shí)發(fā)光單元的光強(qiáng)與波長(zhǎng)的函數(shù),( A,。,T)是比色 單元待測(cè)液吸光度特征函數(shù)在溫度為T(mén)、濃度為。時(shí)待測(cè)液吸光度與波長(zhǎng)的函數(shù),《( A,t) 是光電轉(zhuǎn)換單元特征函數(shù)在溫度為t時(shí)光電轉(zhuǎn)化率與波長(zhǎng)的函數(shù),f (A, t)是光源特征函 數(shù)在溫度為t時(shí)發(fā)光單元的光強(qiáng)與波長(zhǎng)的特征函數(shù),(A,。,t)是比色單元待測(cè)液吸光 度特征函數(shù)在為溫度為t、濃度為。時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度與波長(zhǎng)的函數(shù); (3034) 、計(jì)算得到工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù),UC,A) =le(C,A)-Qb(C,A)-la(C,A)); 步驟四、測(cè)量實(shí)際待測(cè)液,具體為: (401) 將恒溫腔的溫度設(shè)定在T- A t至T+ A t之間,得到入射光的光電壓I。,再將待測(cè) 液引入比色單元中,測(cè)量待測(cè)液出射光的光電壓It,并分別記錄現(xiàn)行條件下發(fā)光單元、待測(cè) 液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元的實(shí)際溫度t,tG (T-At,T+At); (402) 、根據(jù)吸光度公式;4 = ig^,計(jì)算得到待測(cè)液的吸光度4 ; (403) 、根據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)函數(shù)1。(。A),計(jì)算吸光度所對(duì)應(yīng)的濃度值C。; (404) 、計(jì)算在恒溫腔設(shè)定溫度T條件下的待測(cè)液的吸光度 4. A〇 +(Ag(c〇,r)- ,其中,
其中,(A, Ca,T)為溫度為T(mén)、濃度為C。時(shí)待測(cè)液吸光度與波長(zhǎng)的特征函數(shù), ( A,C。,t)為溫度為t、濃度為C。時(shí)待測(cè)液吸光度與波長(zhǎng)的特征函數(shù); (405)、根據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)1。(C,A),計(jì)算吸光度Ai所對(duì)應(yīng)的濃度值Cl,Cl即為所測(cè)待測(cè) 液的濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述恒溫腔連續(xù)或者分開(kāi);恒溫腔為一個(gè)時(shí),發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元均 設(shè)置在一個(gè)恒溫腔內(nèi);恒溫腔為H個(gè)時(shí),發(fā)光單元、待測(cè)液比色單元和光電轉(zhuǎn)換單元分別 --對(duì)應(yīng)設(shè)置在H個(gè)恒溫腔內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述恒溫腔內(nèi)側(cè)采用保溫材料,采用溫度控制措施控制恒溫腔的溫度,恒溫腔內(nèi)有用于實(shí) 時(shí)反饋實(shí)際溫度的熱探頭。
4. 據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于,所 述溫度控制措施為采用TEC半導(dǎo)體制冷片控制恒溫腔的溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述恒溫腔內(nèi)壁采用保溫材料,保溫材料為木材或者塑料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述步驟二中恒溫腔的設(shè)定溫度的范圍為18C?22C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述光源特征函數(shù)是光源發(fā)光強(qiáng)度與溫度、波長(zhǎng)的關(guān)系,比色單元待測(cè)液吸光度特征函數(shù) 是待測(cè)液吸光度與波長(zhǎng)、溫度和濃度之間的關(guān)系,光電轉(zhuǎn)換單元特征函數(shù)是光電池輸出光 電壓與溫度、波長(zhǎng)之間的關(guān)系。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于吸光光度法的在線(xiàn)測(cè)量濃度的方法,其特征在于, 所述(302)具體如下: (3021) 、將已知濃度為。的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)入至待測(cè)液比色單元中,溫度調(diào)整到T-At至 T+At,測(cè)量實(shí)際溫度t; (3022) 、采用發(fā)光單元發(fā)射入射光至標(biāo)準(zhǔn)液后得到出射光,測(cè)量出入射光的光電壓為 I。、出射光的光電壓為/;',根據(jù)吸光度公式:= tefh計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)液的吸光度
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK104390921SQ201410738229
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】張歡, 洪陵成, 屈建喜 申請(qǐng)人:河海大學(xué)