[發明專利]一種基于光學積分球的水質在線監測裝置

在審

• 申請號: 201510577812.7
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105158185A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 劉海明;卓深;王明波;李觀福;朱茂盛
• 申請（專利權）人: 深圳世繪林科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/64;G01N21/65;G01N21/76
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及一種水質在線監測裝置，適用于基于“分光光度法”、“熒光光度法”、“生物熒光法”、“化學發光法”以及“拉曼光譜法”等方法的水質在線監測儀，特別適用于對“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在線監測領域。

背景技術

常規基于“光度法”的水質在線監測儀器，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結構設計上的限制致使光程受限，從而導致靈敏度較低、檢出限較高；②只有通光部分的試樣與光發生作用，致使不同濃度試樣反應的差異程度不明顯，最終導致檢出限和靈敏度受限。

為了提高靈敏度，常規的做法是通過“增加器皿線徑”或“設置多次反射”以增加光程，從而達到提高靈敏度、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散角度的微小變化都會引起較大的光測量誤差，從而影響測量的穩定性(或重復性)，導致其靈敏度和檢出限的改善程度有限。

此外，上述兩種方式都無法讓所有的試樣與光作用，無法拉大不同濃度試樣反應的差異程度，因此其對靈敏度、檢出限和數據穩定性的改善程度非常有限。

發明內容

本發明的目的是為基于“光度法”的水質在線監測儀器提供一種創新性的技術思路與方案，即將傳統基于“光度法”的水質在線監測儀器的“方形”或“圓柱形”試樣器皿改造成一個“積分球”試樣器皿：

①漫反射層涂敷在積分球的外部，積分球的內部采用玻璃如石英玻璃或是化學性質極不活潑的其他透光材料，積分球腔室內的光傳播介質為待測試樣。(有別于傳統積分球的構成，漫反射層涂敷在積分球的內表面，積分球腔室內的光傳播介質為空氣或真空。)

②待測試樣在積分球內充滿整個積分球腔室，待觀測的特征光譜在積分球內部產生。(有別于傳統積分球的使用方法，其待觀測的特征光譜在積分球外部產生，外部產生的特征光譜被導入到積分球內進行測量。)

本發明的技術方案：

一種基于光學積分球的水質在線監測裝置，主要由進樣及計量單元1、消解單元2、積分球測量單元3、控制與計算單元4及試劑單元5構成：

積分球測量單元3由積分球31、光源32和光接收模塊33構成；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、進樣口315、通氣口316構成；透光基底311構成積分球31的球狀腔室，位于積分球31的內側；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；光源32和入射光闌313構成入射光路，出射光闌314和光接收模塊33構成出射光路，所述入射光路和所述出射光路共面相交；進樣口315和通氣口316構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；經入射光闌313入射至積分球31內的光被漫反射層312多次反射并與試樣作用，在積分球31內部產生特征光譜；所產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出射光闌314被光接收模塊33接收；

進樣及計量單元1負責水樣和試劑的計量與自動進樣、試樣的計量與流轉、消解單元2和積分球31腔室的清洗及排廢液；

消解單元2負責消解試樣；

積分球測量單元3負責測量積分球31腔室內試樣與光作用產生的特征光譜；

控制與計算單元4負責操控系統，并依據積分球測量單元3測量得到的特征光譜計算試樣中待測物質的濃度；

試劑單元5負責貯存測量所需試劑和清洗劑。

進一步，上述積分球測量單元3能夠測量的特征光譜包括吸收光譜、熒光光譜、拉曼光譜、化學發光及生物熒光：

當光源32與入射光闌313之間、或出射光闌314與光接收模塊33之間增設一單色器，可測量吸收光譜；

當光源32與入射光闌313之間和出射光闌314與光電傳感模塊33之間分別增設一單色器，可測量熒光光譜；

當光源32設定為激光、出射光闌314與光電傳感模塊33之間增設一單色器，可測量拉曼光譜；

當發光行為是由試樣的化學反應或生物自身行為引發時，去除光源32和入射光闌23，可測量化學發光或生物熒光。

進一步，上述光源32的工作波長包括紫外、可見光和紅外。