基于吸收光譜的pH值快速在線檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及抑值在線檢測設(shè)備，具體來說是一種基于吸收光譜的抑值快速在線 檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溶液抑值是表征溶液酸堿度的一個重要物理化學參數(shù)，它對溶液的物理化學性 質(zhì)、化學反應速度、生成物的成分及性質(zhì)等都有很大影響。在工業(yè)過程控制、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生 物工程、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中，溶液抑值的測量與控制占有重要地位。
[000引現(xiàn)有的傳統(tǒng)抑值測量技術(shù)大多采用抑玻璃電極來測量，但抑玻璃電極尺寸大、 易碎、保存和使用不方便，且為接觸式檢測，容易受污染，而且響應時間慢；另外，它對低離 子強度體系的測試值不穩(wěn)定，容易受電磁和無線電頻率干擾，無法對其進行快速準確測定。 而光度法抑檢測裝置，相對于傳統(tǒng)的抑玻璃電極而言，其具有所需被測液檢測量少、抗電 磁和無線電頻率干擾、動態(tài)范圍大、響應時間短、測量精度高等優(yōu)點，但其檢測速度仍無法 達到追蹤溶液快速化學反應過程中抑值變化的要求（亞秒級）。因此，為了探討溶液抑值 與溶液化學反應的內(nèi)在關(guān)系，研究溶液化學反應過程的速率和反應機理，則需要進一步探 索檢測速度更快、檢測穩(wěn)定性更好的光度法抑在線檢測裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于吸收光譜的抑值 快速在線檢測裝置及方法，其能快速準確地對溶液抑值進行測定，提高檢測效率，同時可 實時追蹤溶液pH值變化過程。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于吸收光譜的抑值在線檢測裝置，包括：
[0007] 微型混合器，用于混合待測溶液與指示劑；
[0008] 流通裝置，具有供待測溶液與指示劑的混合液流過的石英毛細管；
[0009] 光源，用于輸出200~ISOOnm的紫外可見光；
[0010] 光纖，用于傳輸上述紫外可見光，包括第一光纖和第二光纖，第一光纖的輸入端連 接上述光源的輸出端，第一光纖的輸出端對應于上述石英毛細管的一側(cè)設(shè)置，第二光纖的 輸入端對應于上述石英毛細管相對的另一側(cè)設(shè)置，第二光纖的輸出端連接至下述光電二極 管陣列檢測器的輸入端；
[0011] 光電二極管陣列檢測器，接收透過待測溶液與指示劑的混合液的光波，并快速將 光信號轉(zhuǎn)化為電信號；
[0012] 計算機處理系統(tǒng)，接收來自上述光電二極管陣列檢測器的處理信號，實時顯示吸 收光譜W及處理顯示待測溶液抑值。
[0013] 所述微型混合器為Y型微混合器，具有兩個進液口、一個出液口和連通進液口與 出液口的微通道，此微通道內(nèi)設(shè)計有周期交叉排列導流塊使待測溶液和指示劑在軸向的壓 力梯度作用下產(chǎn)生橫向的流動，從而在微通道內(nèi)充分接觸，實現(xiàn)溶液亞秒級的快速高效混 厶 1=1 〇
[0014] 所述流通裝置包括外殼和置于外殼內(nèi)的上述石英毛細管，上述外殼呈長方體狀， 上述外殼的一對底面上開設(shè)有相對應的光入射口和光出射口，上述第一光纖的輸出端安裝 于此光入射口內(nèi)，上述第二光纖的輸入端安裝于此光出射口內(nèi)；上述外殼的另一對底面上 開設(shè)有一對管道連接口，上述石英毛細管的兩端分別密封連接有聚四氣乙締輸入連接管和 聚四氣乙締輸出連接管，此聚四氣乙締輸入連接管和聚四氣乙締輸出連接管的自由端分別 穿設(shè)固定于上述一對管道連接口內(nèi)；上述微型混合器的出液口與上述聚四氣乙締輸入連接 管的自由端之間密封連接有聚四氣乙締入口管，上述聚四氣乙締輸出連接管的自由端密封 連接有聚四氣乙締出口管。
[0015] 上述外殼的光入射口和光出射口分別對應于上述石英毛細管相應側(cè)的中屯、位置。
[0016] 所述光電二極管陣列檢測器為多通道檢測器，其檢測速度快，可W在同一時間接 收處理透過試樣的所有波長的紫外可見光波，而且可通過光電二極管陣列檢測器獲得的光 譜數(shù)據(jù)得到實時的吸收光譜圖。
[0017] 一種基于吸收光譜的抑值在線檢測方法，包括如下步驟：
[0018] S1 :待測溶液W-定流速流經(jīng)石英毛細管，不同波長的紫外可見光入射至此石英 毛細管，此不同波長的紫外可見光透過此石英毛細管后被光電二極管陣列檢測器所接收， 迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而獲取待測溶液對應于不同波長的紫外可見光的吸光度值；
[001引待測溶液吸光度
[0020] 其中I。為入射上述石英毛細管的紫外可見光的強度，It為透過流經(jīng)有待測溶液的 石英毛細管的紫外可見光的強度；
[002。 S2 :將待測溶液與一定濃度的指示劑按一定比例快速混合，得到混合液；此指示 劑具有一定解離度，且其解離后的各組分具有不同的紫外可見吸收特征譜；
[0022] S3:混合液W-定流速流經(jīng)石英毛細管，不同波長的紫外可見光入射至此石英毛 細管，此不同波長的紫外可見光透過此石英毛細管后被光電二極管陣列檢測器所接收，迅 速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而獲取混合液對應于不同波長的紫外可見光的吸光度值；
[0023] 混合液吸光度
[0024] 其中I。為入射上述石英毛細管的紫外可見光的強度，It為透過流經(jīng)有混合液的紫 外可見光的強度；
[00巧]S4:將步驟S3所得的混合液吸光度送至計算機處理系統(tǒng)進行如下數(shù)據(jù)處理，得 到待測溶液的抑值并在計算機處理系統(tǒng)上顯示；
[002引 S4. 1 :將步驟S3所得的混合液吸光度郵余步驟S1所得的待測溶液相應濃度的 吸光度胃，得到指示劑的吸光度，即得指示劑的紫外可見吸收光譜；
[0027] S4. 2 :當指示劑WHA或A其中一種形式單獨存在時有確定的吸收光譜，按常規(guī)手 段預先測得混合前HA和A單獨存在時的吸光度，W朗伯--比爾定律及吸光度的加和性為 基礎(chǔ)，利用最小二乘法將此確定的吸收光譜線性擬合為混合液中指示劑的吸收光譜，得到 指示劑HA與A的濃度比值；
[002引混合液在A處吸光度之和八泡（入）應為：
[0030] 其中，HA表示未解離的指示劑，A表示指示劑解離后的離子；
[0031] 其中，Cha和r,分別為指示劑中HA和A的濃度，+ 為混合前指示劑的濃度， 入為紫外可見光波長，Aha、^分別為相應濃度（混合前指示劑的濃度）HA和A單獨存在 時的吸光度；
[0032] S4. 3 :通過上述擬合得到的混合液中指示劑HA與A的濃度比值，計算得到混合液 的抑值，即得混合液中的濃度；
[003引混合液的抑值計算公式
[0034] 其中地a為指示劑的解離常數(shù)；
[0035] S4. 4 :已知混合前指示劑濃度和混合后HA和A-的濃度比，可計算出混合液中A的 濃度，即得指示劑解離出的濃度，并且從步驟S4. 3可知混合液中H+的濃度，然后計算出 混合前待測溶液中的濃度，得到待測溶液的抑值；
[0036] 當待測溶液為酸性溶液時，待測溶液
[0037] 當待測溶液為堿性溶液時，待測溶液
[003引其中，Cj-為混合液中指示劑解離的A的濃度；為混合溶液中的濃度。
[0039] 上述步驟S2中，待測溶液與指示劑通過微型混合器快速混合。
[0040] 上述步驟S3中，混合液W5~30ml/min的流速流經(jīng)石英毛細管。
[0041] 上述步驟S4中，不同波長的紫外可見光從此石英毛細管一側(cè)的中屯、位置入射，光 電二極管陣列檢測器接收從此石英毛細管相對的另一側(cè)的中屯、位置透過的紫外可見光。
[0042] 采用上述方案后，本發(fā)明中，指示劑在混合液中的解離隨著混合液抑值的變化而 變化，從而指示劑的紫外可見吸收光譜也隨之變化，通過對吸收光譜線性擬合后計算處理 得到混合液抑值，指示劑的濃度確定，從而計算得到待測溶液的抑值。
[0043] 本發(fā)明的有益效果為：檢測為非接觸式，不容易受污染，而且簡單、高效、穩(wěn)定、精 確度高，實現(xiàn)強電解質(zhì)水溶液抑值的快速在線檢測，適合應用到各個相關(guān)領(lǐng)域，如工業(yè)抑 原位在線監(jiān)測等。同時，相對于其他光譜法抑檢測裝置，該裝置時間分辨率更高，消耗被測 混合液少，能實時追蹤溶液抑變化，適用于快反應過程的追蹤，有助于其反應機理研究。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖2為圖1中C部分的局部放大示意圖；
[0046] 圖3為本發(fā)明中抗壞血酸在不同抑值溶液中的紫外可見吸收光譜。
【具體實施方式】