一種基于光學(xué)積分球的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，適用于基于“分光光度法”、“熒光光度法”、“生物熒光法”、“化學(xué)發(fā)光法”以及“拉曼光譜法”等方法的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，特別適用于對(duì)“靈敏度”和“檢出限”要求非常苛刻的地表水、地下水、飲用水水源地以及近岸海域等水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)基于“光度法”的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器，其試樣器皿大都采用方形或圓柱形的石英玻璃器皿，缺陷是:①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的限制致使光程受限，從而導(dǎo)致靈敏度較低、檢出限較高；②只有通光部分的試樣與光發(fā)生作用，致使不同濃度試樣反應(yīng)的差異程度不明顯，最終導(dǎo)致檢出限和靈敏度受限。
[0003]為了提高靈敏度，常規(guī)的做法是通過“增加器皿線徑”或“設(shè)置多次反射”以增加光程，從而達(dá)到提高靈敏度、降低檢出限的目的。雖然這兩種做法可以增加光程，但是由于“光源”至“光接收端”之間的距離也被延長(zhǎng)了，致使光源或是光接收端中任意一端位置的微小變化、光線形狀的微小變化和發(fā)散角度的微小變化都會(huì)引起較大的光測(cè)量誤差，從而影響測(cè)量的穩(wěn)定性(或重復(fù)性)，導(dǎo)致其靈敏度和檢出限的改善程度有限。
[0004]此外，上述兩種方式都無(wú)法讓所有的試樣與光作用，無(wú)法拉大不同濃度試樣反應(yīng)的差異程度，因此其對(duì)靈敏度、檢出限和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的改善程度非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為基于“光度法”的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器提供一種創(chuàng)新性的技術(shù)思路與方案，即將傳統(tǒng)基于“光度法”的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器的“方形”或“圓柱形”試樣器皿改造成一個(gè)“積分球”試樣器皿:
[0006]①漫反射層涂敷在積分球的外部，積分球的內(nèi)部采用玻璃如石英玻璃或是化學(xué)性質(zhì)極不活潑的其他透光材料，積分球腔室內(nèi)的光傳播介質(zhì)為待測(cè)試樣。(有別于傳統(tǒng)積分球的構(gòu)成，漫反射層涂敷在積分球的內(nèi)表面，積分球腔室內(nèi)的光傳播介質(zhì)為空氣或真空。)
[0007]②待測(cè)試樣在積分球內(nèi)充滿整個(gè)積分球腔室，待觀測(cè)的特征光譜在積分球內(nèi)部產(chǎn)生。(有別于傳統(tǒng)積分球的使用方法，其待觀測(cè)的特征光譜在積分球外部產(chǎn)生，外部產(chǎn)生的特征光譜被導(dǎo)入到積分球內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。)
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0009]—種基于光學(xué)積分球的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，主要由進(jìn)樣及計(jì)量單元1、消解單元2、積分球測(cè)量單元3、控制與計(jì)算單元4及試劑單元5構(gòu)成:
[0010]積分球測(cè)量單元3由積分球31、光源32和光接收模塊33構(gòu)成；積分球31由透光基底311、漫反射層312、入射光闌313、出射光闌314、進(jìn)樣口 315、通氣口 316構(gòu)成；透光基底311構(gòu)成積分球31的球狀腔室，位于積分球31的內(nèi)側(cè)；漫反射層312涂敷在透光基底311的外部，位于積分球31的外側(cè)；光源32和入射光闌313構(gòu)成入射光路，出射光闌314和光接收模塊33構(gòu)成出射光路，所述入射光路和所述出射光路共面相交；進(jìn)樣口 315和通氣口 316構(gòu)成的流路方向垂直于水平面，兩端口分為位于積分球31的底部和頂部；經(jīng)入射光闌313入射至積分球31內(nèi)的光被漫反射層312多次反射并與試樣作用，在積分球31內(nèi)部產(chǎn)生特征光譜；所產(chǎn)生的特征光譜通過漫反射層312的多次反射后，在出射光闌314處疊加；疊加后的特征光譜經(jīng)出射光闌314被光接收模塊33接收；
[0011]進(jìn)樣及計(jì)量單元I負(fù)責(zé)水樣和試劑的計(jì)量與自動(dòng)進(jìn)樣、試樣的計(jì)量與流轉(zhuǎn)、消解單元2和積分球31腔室的清洗及排廢液；
[0012]消解單元2負(fù)責(zé)消解試樣；
[0013]積分球測(cè)量單元3負(fù)責(zé)測(cè)量積分球31腔室內(nèi)試樣與光作用產(chǎn)生的特征光譜；
[0014]控制與計(jì)算單元4負(fù)責(zé)操控系統(tǒng)，并依據(jù)積分球測(cè)量單元3測(cè)量得到的特征光譜計(jì)算試樣中待測(cè)物質(zhì)的濃度；
[0015]試劑單元5負(fù)責(zé)貯存測(cè)量所需試劑和清洗劑。
[0016]進(jìn)一步，上述積分球測(cè)量單元3能夠測(cè)量的特征光譜包括吸收光譜、焚光光譜、拉曼光譜、化學(xué)發(fā)光及生物熒光:
[0017]當(dāng)光源32與入射光闌313之間、或出射光闌314與光接收模塊33之間增設(shè)一單色器，可測(cè)量吸收光譜；
[0018]當(dāng)光源32與入射光闌313之間和出射光闌314與光電傳感模塊33之間分別增設(shè)一單色器，可測(cè)量熒光光譜；
[0019]當(dāng)光源32設(shè)定為激光、出射光闌314與光電傳感模塊33之間增設(shè)一單色器，可測(cè)量拉曼光譜；
[0020]當(dāng)發(fā)光行為是由試樣的化學(xué)反應(yīng)或生物自身行為引發(fā)時(shí)，去除光源32和入射光闌23，可測(cè)量化學(xué)發(fā)光或生物熒光。
[0021]進(jìn)一步，上述光源32的工作波長(zhǎng)包括紫外、可見光和紅外。
[0022]進(jìn)一步，上述進(jìn)樣及計(jì)量單元I包括基于“蠕動(dòng)栗+計(jì)量管+液位傳感器+多通閥組”、或基于“注射栗+多通閥組”的組合方式。其中，所述“蠕動(dòng)栗+計(jì)量管+液位傳感器+多通閥組”的組合方式和所述“注射栗+多通閥組”的組合方式不受限制，滿足本領(lǐng)域常規(guī)組合方式的要求即可。
[0023]進(jìn)一步，上述消解單元2的消解方式包括高溫消解方式、或氧化劑消解方式、或紫外消解方式、或微波消解方式、或上述方式的組合；當(dāng)試樣無(wú)需消解時(shí)，可取消消解單元2設(shè)置，此時(shí)的水樣和試劑由進(jìn)樣及計(jì)量單元I直接進(jìn)樣至積分球31。
[0024]進(jìn)一步，上述積分球31的構(gòu)成包括以下方式:透光基底311采用玻璃或化學(xué)性質(zhì)極不活潑的其他透光材料，所述玻璃包括石英玻璃，漫反射層312涂敷在透光基底311構(gòu)成的球狀腔體外部；或透光基底311和漫反射層312合二為一，材料采用聚四氟乙烯、或不銹鋼；或在積分球31的腔室內(nèi)壁鍍金構(gòu)成反射層。其中，透光基底311和漫反射層312合二為一，即理解為積分球31僅設(shè)置一層具有漫反射功能的結(jié)構(gòu)層(漫反射層312)構(gòu)成其球狀腔體。
[0025]進(jìn)一步，上述入射光路與出射光路之間共面相交形成的角度為直角、或銳角、或鈍角。
[0026]本發(fā)明的效果:
[0027]I)入射到積分球腔室內(nèi)的光被漫反射層多次反射并與試樣作用，提高了特征光譜的產(chǎn)生效率。
[0028]2)所產(chǎn)生的全部特征光譜被漫反射層多次反射后，在出射光闌處疊加并被探測(cè)器有效的接收，提高了特征光譜的探測(cè)效率。
[0029]3)利用積分球的特點(diǎn)還能有效的抑制由于光線形狀、發(fā)散角度及探測(cè)器上不同位置的響應(yīng)差異導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
[0030]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在同等線徑條件下，本發(fā)明能將傳統(tǒng)基于“方形”或“圓柱形”試樣器皿的檢測(cè)靈敏度和測(cè)量穩(wěn)定性提高3?10倍。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明第一種較佳實(shí)施例中基于光學(xué)積分球的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的基本構(gòu)成框圖；
[0032]圖2為本發(fā)明第一種較佳實(shí)施例中積分球的基本構(gòu)成示意圖；
[0033]圖3為基于“蠕動(dòng)栗+計(jì)量管+液位傳感器+多通閥組”方式的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置基本構(gòu)成示意圖。
[0034]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0035]I—進(jìn)樣及計(jì)量單元；2—消解單元；3—積分球測(cè)量單元；31—積分球；311—透光基底；312—漫反射層；313—入射光闌；314—出射光闌；315—進(jìn)樣口 ；316—通氣口 ；32—光源；33—光接收模塊；4一控制與計(jì)算單元；5—試劑IC存單元。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]實(shí)施例一
[0038]如圖1、圖2所示，主要由進(jìn)樣及計(jì)量單元1、消解單元2、積分球測(cè)量單元3、控制與計(jì)算單元4及試劑單元5構(gòu)成:
[0039]積分球測(cè)量單元3由積分球31、光源32和光接收模塊33構(gòu)成；積分球31由透光基底311、漫反射層312、入射光闌313、出射光闌314、進(jìn)樣口 315、通氣口