本發(fā)明涉及一種利用楔形比色池測量吸光度的裝置，特別涉及一種利用楔形比色池直接測量高吸光度溶液濃度的裝置。

技術(shù)背景

由國標(biāo)法(GB 11892-89)檢測高錳酸鹽指數(shù)的過程可見，其測定范圍在0.5-4.5mg/L，適用范圍較窄。而當(dāng)樣品的高錳酸鹽指數(shù)較低時，被消耗的高錳酸鉀非常少，剩余高錳酸鉀溶液的吸光度很大，遠遠超出檢測器所能準確測量的吸光度上限。對于這類吸光度較大的樣品，若采用矩形(固定光程)的傳統(tǒng)比色池，需經(jīng)過多次稀釋，使吸光度A處于檢測器的理想測量范圍(一般在0.2-0.8)再測定，操作繁瑣，嚴重影響分析效率。本發(fā)明在此背景下，構(gòu)建了一種利用楔形比色池直接測定高吸光度溶液濃度的裝置，在“光源-檢測器”組件相對于“楔形比色池”勻速平移時，動態(tài)測量吸光度的大小及其相對于時間的變化率，無需稀釋操作，即可快速完成高吸光度溶液濃度的直接測定，相對于傳統(tǒng)的吸光度測量方式具有顯著進步。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為分光光度計提供一種對高吸光度溶液無需稀釋操作即可直接測定的裝置。該裝置中的“光源-檢測器”組件可在楔形比色池任意位置啟動測量，對測量位置的重現(xiàn)性要求不高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的：

一種利用楔形比色池測定高吸光度溶液濃度的裝置，包括光源，楔形比色池和檢測器，所述楔形比色池具有兩個呈一定夾角的透光面，其中一個透光面為矩形面，光源置于楔形比色池的矩形透光面一側(cè)，檢測器置于楔形比色池的斜透光面一側(cè)，入射狹縫置于光源和楔形比色池之間，出射狹縫置于檢測器和楔形比色池之間，光源發(fā)出的光線垂直穿過楔形比色池的矩形面且正對檢測器。其中，楔形比色池的一個透光面為矩形面。楔形比色池優(yōu)選為直角三棱柱。

在光源和檢測器之間還可以設(shè)置濾光片。光源發(fā)出的光線透過入射狹縫和濾光片，垂直穿過楔形比色池的矩形面和楔形比色池的斜面，通過出射狹縫正對檢測器。

所述光源，濾光片，入射狹縫，出射狹縫和檢測器均固定在能夠相對于楔形比色池勻速平移的固定架上。其中，光源和入射狹縫位于楔形比色池的同一側(cè)，出射狹縫和檢測器在楔形比色池的另一側(cè)。固定架在運動過程中能確保光源與檢測器相對位置不變。固定架可使用塑料，不銹鋼，石墨，金屬材料。

所述固定架能夠與楔形比色池以勻速v相對平移，平移速度為0mm/s＜v≤100mm/s，優(yōu)選速度為2-20mm/s，最優(yōu)選速度為2mm/s。

該組件將光源和檢測器固定在可平移的框架上；楔形比色池的兩個透光面中，一面與框架的平移方向平行，另一面與框架的平移方向呈α夾角。當(dāng)“光源-檢測器”組件相對于楔形比色池以速度v勻速平移時，根據(jù)吸光度A相對時間t的導(dǎo)數(shù)與被測溶液濃度c成正比，用常規(guī)的工作曲線法或標(biāo)準加入法即可實現(xiàn)對高吸光度溶液濃度的直接測定。

所述光源為LED燈、鹵鎢燈、激光及其他單色或復(fù)合光源，是點光源或帶有準直光路的平行光源。

所述楔形比色池的材料為平面透明材料，優(yōu)選為石英、玻離、有機玻璃，或熔凝硅石。

為了實現(xiàn)對高吸光度溶液濃度無需稀釋操作即可直接測定的目的，本發(fā)明采用的楔形比色池的兩透光面呈一定夾角α，楔形比色池的腔體截面為直角三角形，直角三角形最小夾角α的范圍為0°＜α≤75°。

楔形比色池的有效光程隨著“光源-檢測器”組件的平移具有可變性，b₂＝b₁+vtt anα，其中v為“光源-檢測器”組件相對于楔形比色池勻速平移時的速度，t為平移時間，b為有效光程。

楔形比色池的尺寸范圍：長：0＜a≤20cm，寬：0＜b≤20cm，高：0＜c≤15cm。

上述楔形比色池可利用常規(guī)機械加工或3D打印技術(shù)制作，打印材料可用PMMA、PS、PC、ABS等透明材料。

本發(fā)明所述的裝置由固定架、光源、濾光片、入射狹縫、楔形比色池、出射狹縫、檢測器組成。

進一步地，固定架、光源、濾光片、入射狹縫、出射狹縫、檢測器組成“光源-檢測器”組件，且光源和檢測器分別位于楔形比色池的兩側(cè)。其中光源位于矩形面ac一側(cè)，檢測器位于斜面一側(cè)，且該組件能與楔形比色池以一定速度勻速相對平移。即“光源-檢測器”能夠相對比色皿進行平行移動。

楔形比色池兩透光面的夾角α為定值，“光源-檢測器”組件相對于楔形比色池以速度v勻速平移時，瞬時吸光度A相對時間t的導(dǎo)數(shù)與被測溶液濃度c成正比。這樣，當(dāng)該楔形比色池內(nèi)樣品溶液吸光度A較大時，采用“光源-檢測器”組件運動到楔形比色池尖端附近測得的A計算此時光程較短，A可以落在較理想的范圍；當(dāng)該楔形比色池內(nèi)樣品溶液吸光度較小時，采用“光源-檢測器”組件運動到楔形比色池較厚位置測得的A計算此時光程較長，A可以落在較理想的范圍。建議取最理想的吸光度A＝0.434附近的A-t數(shù)據(jù)用于的計算和輸出。用工作曲線代替一般分光光度法中的A-c工作曲線即可用于定量分析。

技術(shù)原理

A₁＝κb₁c

A₂＝κb₂c

ΔA＝A₂-A₁＝κ(b₂-b₁)c＝κΔbc

Δb＝vttanα

ΔA＝κvt(tanα)c

其中A為吸光度，κ為摩爾吸光系數(shù)，b為測得A時比色皿的有效吸收光程，c為溶液的摩爾濃度。

楔形比色皿的夾角α為定值，“光源-檢測器”組件相對于楔形比色池以速度v勻速平移時，則吸光度相對時間t的導(dǎo)數(shù)與溶液濃度c成正比。因為對于楔形比色皿而言，檢測器從楔形頂點一側(cè)向直角一側(cè)運動時，總會有吸光度從接近0開始逐漸增大的過程，運動到某一段時，吸光度總可以進入0.2-0.8范圍。另外，在整個勻速平移過程中均為定值。

因此，該組件通過“光源-檢測器”組件與楔形比色池的勻速相對平移，動態(tài)地選擇適宜的測量點，并線性地改變吸收光程，從而解決因溶液濃度過大或吸光度過高而無法直接準確測定的問題，克服了這類溶液必須稀釋或多次稀釋才能測定的困難。

本發(fā)明裝置和檢測方法具有以下顯著優(yōu)點：

①對高吸光度溶液無需稀釋操作即可直接測定，且測定準確；

②可在任意位置啟動測量，對測量位置的重現(xiàn)性要求低。

附圖說明

圖1為楔形比色池的裝置的俯視圖。

其中α——楔形比色池兩透光面的夾角；

L——平移到不同位置的光源；

D——平移到不同位置的檢測器；

b₁——位置1處的有效吸收光程；

b₂——位置2處的有效吸收光程；

vt——以勻速v運動t時間平移的距離

如圖1所示，本發(fā)明裝置由“光源-檢測器”組件及楔形比色池組成，楔形比色池兩透光面夾角ɑ為定值，當(dāng)“光源-檢測器”組件相對于楔形比色池以速度v勻速平移時，吸光度A相對時間t的導(dǎo)數(shù)與溶液濃度c成正比。該“光源-檢測器”組件可在楔形比色池任意位置停留并對待測溶液進行檢測。

圖2為楔形比色池的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，該楔形比色池的外觀及腔體特征均為直角三棱柱，腔體截面為直角三角形。該楔形比色池具有兩個呈一定夾角的透光面，夾角范圍0°～75°。該楔形比色池的材料為石英、玻璃、有機玻璃或熔凝硅石平面透明材料。隨著“光源-檢測器”組件以速度v相對于楔形比色池的平移，其實際有效光程b具有可變性，經(jīng)過時間t后，

Δb＝vttanα。

圖3為不同COD_Mn標(biāo)準溶液的關(guān)系。

圖4為t＝10s時高錳酸鉀溶液的標(biāo)準曲線圖。

圖5為本發(fā)明裝置的左視圖。

圖中：2-光源；3-濾光片；4-入射狹縫；5-比色池；6-出射狹縫；7-檢測器。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步解釋說明：

如圖1所示，一種利用楔形比色池直接測定高吸光度溶液濃度的裝置，包括光源，

楔形比色池和檢測器，所述楔形比色池5具有兩個呈一定夾角的透光面，其中一個透光面為矩形面，光源2置于楔形比色池5的矩形透光面一側(cè)，檢測器7置于楔形比色池5的斜透光面一側(cè)，入射狹縫4置于光源2和楔形比色池5之間，出射狹縫6置于檢測器7和楔形比色池5之間，光源2發(fā)出的光線垂直穿過楔楔形比色池5的矩形面且正對檢測器7。在光源2和檢測器7之間設(shè)置濾光片3，光源2，濾光片3，入射狹縫4出射狹縫6和檢測器均固定在能夠相對于楔形比色池5勻速平移的固定架上。

實施例1

楔形比色池由平面石英制成，外觀如圖2所示直角三棱柱狀，尺寸為a＝10cm，b＝5cm，c＝2cm，該楔形比色池透光面夾角ɑ為26.6°。取一未知濃度的高錳酸鉀溶液置于楔形比色池中，“光源-檢測器”組件從楔形比色池尖端以2mm·s^-1的速度勻速向直角端平移。掃描吸光度A為0.334～0.534時對應(yīng)的記錄時間t為7～12s，已知520nm波長下，高錳酸鉀溶液的摩爾吸光系數(shù)κ＝2235L·mol^-1·cm^-1，根據(jù)ΔA＝κvΔt(tanα)c可得待測高錳酸鉀溶液的濃度為0.179mmol·L^-1。同時,以草酸鈉為基準物質(zhì)用滴定法測得該未知高錳酸鉀溶液的濃度為0.1786mmol·L^-1，可見該法測量誤差僅為0.2％。

實施例2

楔形比色池由光學(xué)平面石英制成，外觀如圖2所示直角三棱柱狀，尺寸為a＝6cm，b＝2cm，c＝1cm，該楔形比色池透光面夾角ɑ為18.4°。分別取1.00mL含有0，1.00，5.00，10.0，15.0，20.0，30.0，50.0mg·L^-1COD_Mn的水樣與50mL 0.025mmol·L^-1高錳酸鉀溶液相互作用完全后置于楔形比色池中，“光源-檢測器”組件從楔形比色池尖端以1mm·s^-1的速度勻速向直角端平移。讀取平移過程中吸光度A在0.3～0.5這段時間內(nèi)的吸光度A并計算COD_Mn的濃度與其對應(yīng)的如下表1所示，作關(guān)系圖，如圖3所示。

表1COD_Mn的濃度與其對應(yīng)

實施例3

楔形比色池由平面石英制成，外觀如圖2所示直角三棱柱狀，尺寸為a＝10cm，b＝5cm，c＝1cm，該楔形比色池透光面夾角ɑ為26.6°?！肮庠?檢測器”組件從楔形比色池尖端以2mm·s^-1的速度勻速向直角端平移。在525nm波長下，t＝10s時分別測定濃度為0.005，0.01，0.015，0.02，0.025mmol·L^-1的高錳酸鉀溶液，測得的吸光度如下表2中所示，擬合出標(biāo)準曲線為：A＝20.8c+0.0013，如圖4所示。

取一未知濃度的高錳酸鉀溶液，分別在t＝1，2.5，5，10mm處測其吸光度如下表3中所示。根據(jù)在吸光度0.2-0.8范圍內(nèi)測量誤差較小的原則，選取0.402代入標(biāo)準曲線方程，計算得濃度為0.01926mmol·L^-1，標(biāo)準曲線為t＝10s處獲得，根據(jù)A＝κbc，實際樣品的濃度為0.01926×10＝0.1926mmol·L^-1。

表2不同濃度高錳酸鉀溶液在時間t＝10s時對應(yīng)的吸光度

表3未知濃度高錳酸鉀溶液在不同時間t處對應(yīng)的吸光度