CN101300476A - 测量液体的浊度、荧光度、磷光度和/或吸收系数的光度方法和设备 - Google Patents

测量液体的浊度、荧光度、磷光度和/或吸收系数的光度方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光来获得所述样品液体的诸如浊度或荧光度之类的至少一种性质，所述设备包括：容器，用于容纳所述样品液体，所述样品液体形成样品表面。所述设备还包括：光源，用于产生所述探测光束，所述探测光束相对于所述样品表面的表面法线以角度β1≠0°被引导在所述样品表面上；检测器，适于大致沿着第一检测轴检测通过所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第一检测轴相对于样品表面法线形成角度γ1≠0°。所述设备还包括光障，该光障布置在所述探测光束和所述第一检测轴之间，适于阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光大致沿着所述第一检测轴的传播。所述设备可以包括：出口部分，用于从所述容器中除去样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及第一分离构件，用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离，其中，所述光进入所述样品液体并从所述样品液体中出去。

Description

测量液体的浊度、荧光度、磷光度和/或吸收系数的光度方法和设备
技术领域
本发明涉及通过测量由探测光束激发而从液体发出的光来测量所述液体的性质的领域。具体地讲，本发明涉及浊度测量法的领域和浊度的测量，以及涉及测量荧光度和测量磷光度和/或吸收。它涉及一种相应的测量设备、用于这种设备的流动池、以及相应的测量方法。例如，这些装置和方法应用于化工业、制药业、半导体制造、冷却水监测、以及饮用水和地下水分析及监测。
背景技术
在本领域中已知的许多浊度计和比浊计中，通过窗口照射样品。由此产生的问题是该窗口可能会被污染并从而在一定程度上丧失其透明度。难以从样品的不同的浊度效果中区分相应的光强损失。
自由落体布置也是本领域中公知的：用光照射形成自由形成射流的样品液体，并且对散射光进行检测。在这种布置中，尽管不再需要窗口，但是通常需要大量的样品液体进行测量。
从US 5,400,137中已知一种光度装置，该光度装置允许确定样品液体的荧光度和散射。将两种不同波长的光束引导在所述样品液体的表面上，并且检测器对从所述样品液体的该表面上发出的光进行检测。该样品表面形成于容器内，并且将过多的样品液体从其上溢出的边缘形成该样品表面的边界。
在RU 2,235,310中提出了一种浊度计，其中，用与样品表面的表面法线平行地引导的光穿过容纳在器皿中的样品液体的表面对该样品液体进行照射，也就是说，通过垂直引导的光进行照射。另外，沿着与样品表面的表面法线平行的轴检测被样品液体散射的光。两个发光器通过垂直排列的不透明分隔板与两个检测器分隔开，其中，该不透明分隔板具有水平槽，所述水平槽紧靠样品表面布置在样品液体中。所述分隔板起到防止从器皿的底部和壁部的任何重复反射的作用。过多的样品液体紧靠光被引导在其上的位置从器皿的边缘溢出。这种设备的一个问题在于：检测到的光的强度十分低，这是因为光入射方向和检测方向彼此反平行。另一个问题在于：由于溢出边缘和光被引导在其上的位置非常靠近，所以样品表面非常不稳定。但是，根据所述的RU 2,235,310，任何一种不稳定性都绝不会影响测量，这是因为以特殊方式评估测量的强度(当用每一个光源进行照射时，两个检测器的强度)的缘故。
在JP 03-54436中公开了一种浊度计，其中，将偏振光倾斜地引导在容纳在容器中的样品液体的表面上。然后，从样品液体的该表面上发出的散射光由位于该样品液体之外的检测器进行偏振灵敏性检测，该检测器包括偏振器。在该样品液体与所述偏振器之间布置圆柱体，用于截获外部光。该容器具有过多的样品液体从其上溢出的边缘。
发明内容
本发明的目的在于产生一种由测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光来获得所述样品液体的至少一种性质的设备，所述设备的准确性增加。
本发明的一个目的在于提供这样一种设备，所述设备的测量稳定性增加。
本发明的另一个目的在于提供这样一种设备，所述设备的尺寸小。
本发明的另一个目的在于提供这样一种设备，所述设备仅仅需要相对少量的样品液体用于测量。
本发明的另一个目的在于提供这样一种设备，所述设备具有短的响应时间。
本发明的另一个目的在于提供这样一种设备，所述设备允许快速的且/或时间分辨的测量。
本发明的另一个目的在于提供这样一种设备，可以通过所述设备获得吸收系数以及浊度、荧光度或磷光度。
本发明的另一个目的在于提供一种流动池，所述流动池与这样的设备一起使用。
本发明的另一个目的在于提供用于获得样品液体的至少一种性质的对应方法，所述方法的准确性增加。
本发明的一个目的在于提供这样一种方法，所述方法的测量稳定性增加。
本发明的另一个目的在于提供这样一种方法，所述方法仅仅需要相对少量的样品液体用于测量。
本发明的另一个目的在于提供这样一种方法，所述方法具有短的响应时间。
本发明的另一个目的在于提供这样一种方法，所述方法允许快速的且/或时间分辨的测量。
本发明的另一个目的在于提供这样一种方法，可以通过所述方法获得吸收系数以及浊度、荧光度或磷光度。
这些目的分别根据本专利权利要求的设备、流动池和方法来实现。
根据本发明，所述设备测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光来获得所述样品液体的至少一种性质的设备，所述设备包括：
容器，用于容纳所述样品液体，所述样品液体形成样品表面；
光源，用于产生所述探测光束，其中，所述探测光束相对于所述样品表面的表面法线以角度β1≠0°被引导在所述容器的主要部分中的所述样品表面上；
第一检测器，适于大致沿着第一检测轴检测通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第一检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ1≠0°；以及
光障，布置在所述探测光束和所述第一检测轴之间，适于阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光大致沿着所述第一检测轴的传播。
所述设备可以被认为是光度装置或光度设备或测量或监视或分析设备或装置。当测量所述样品液体的浊度时，所述设备可以称作浊度计或比浊计。
诸如光源、检测器、相应的透镜、以及分束器等等的光学元件可以布置在样品液体之外。它们没有被暴露到样品液体，从而(实际上)没有受到污染。另外，所述探测光束和要被检测的所述发射光都不必一定经过要与样品液体接触的窗口。
当探测光束(以不会发生全反射的角度)入射在样品表面上时，该探测光束不仅作为折射光束在样品液体内继续传播，而且还在样品表面上进行反射和散射。这种反射光和这种散射光的强度的幅度经常高于所述检测器的两倍或三倍或更多倍量级。所述光障避免所述反射光或散射光到达所述检测器，从而它不会被检测到并且因此不会影响测量。必须注意到：当样品表面例如由于一些微小波的震动而轻微改变时，不仅仅信噪比会另外激烈地减小，而且强度特别是所述反射光的强度也会激烈地改变。
采用β1≠0°以及γ1≠0°，可以使得探测光束与要被检测的发射光的光束局部地分离，并且还可以测量没有经历散射或仅仅经历一次散射的发射光。
可以使用偏振探测光束或使用非偏振探测光束。还可以使用偏振敏感检测(例如，通过在光敏元件之前布置偏振器)或使用偏振不敏感检测器。
在一个实施例中，所述容器包括：
出口部分，用于从所述容器中除去样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
第一分离构件，用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
尽管根据本发明的设备可以用于离线分析，其中，一定体积的样品液体填入到所述容器内，然后对该样品液体进行分析(测量过程中不流动)，但是通常根据本发明的设备将被在线使用，即样品液体稳定地流过所述容器并且被连续地(或者以一定间隔)分析。具体地讲，当被在线使用时，所述第一分离构件是有帮助的，这是因为在所述出口部分中样品液体从所述容器中连续地除去。样品液体的除去通常会在所述样品表面中产生湍流、波动或其它扰动，因此产生不期望的不均匀和不稳定的样品表面，由于通过该样品表面的所述探测光束的折射改变，所以改变了测量条件。所述第一分离构件至少在很大程度上避免了这种扰动传播到所述容器的所述主要部分。因此，在其中所述探测光束和所述发射光(要被检测的)穿透所述样品表面的这些区域中实现了稳定的样品表面。
通过使得样品液体从所述主要部分流入所述样品表面之下的所述出口部分(井)，能够将所述样品表面的扰动最小化。
在一个实施例中，所述出口部分包括过多的样品液体将从其上溢出的边缘。至少在所述出口部分和所述主要部分中，通过该边缘确定所述样品表面的高度水平。
在一个实施例中，所述边缘呈闭合形状。该形状可以是无角的。它可以是圆的或椭圆的。
另外可以以这样的方式对所述边缘成形或弯曲，使得当样品液体从该边缘溢出时，在所述出口部分中出现的湍流现象最少。
在另一个实施例中，所述容器包括：
入口部分，用于接收要被测量的样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
第二分离构件，用于将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
该实施例的优点与具有所述第一分离构件的上述实施例的优点相似。引入(新鲜的)样品液体通常会在所述样品表面中产生一些扰动。通过所述第二分离构件，能够(大大地)避免这种扰动影响测量。
所述入口部分还可以用作除气部分，在所述除气部分中，可以对样品液体进行除气，也就是说，通常仅仅通过在所述除气单元中使样品液体在样品表面上经过若干时间，所述除气部分用于除去溶解在样品液体中的非期望的气体。所述除气单元还可以放置在负压力下以增强脱气。
在另一个实施例中，所述容器包括第三分离构件，通过所述第三分离构件，所述样品表面基本上被分成一个部分样品表面和另一个部分样品表面，其中，所述探测光束被引导在所述一个部分样品表面上；所述发射光通过所述另一个部分样品表面大致沿着所述第一检测轴发射。这种第三分离构件将所述主要部分中的样品表面分成两个部分，这样会导致所述主要部分中的样品表面更快速地稳定，从而允许更稳定的测量条件。
在另一个实施例中，所述第三分离构件包括所述光障。
在另一个实施例中，所述光障延伸到所述样品表面的下面。它能够在所述样品表面的下面延伸至少1mm或至少2mm或至少5mm或更多。这是有利的，因为这样的话，能够确保所述光障总是与主要部分中的样品液体接触。如果所述光障仅仅延伸到样品表面的高度水平或仅仅延伸到样品表面的高度水平之上，则例如由于振动或流速的变化而所导致的样品表面的高度水平的微小变化会导致靠近光障的样品表面由于表面张力作用(毛细力)而变形。至少如果光障被定位在所述探测光束进入样品液体的位置和/或要被检测的发射光离开样品液体的位置的附近，则这会负面地影响测量。
在另一个实施例中，所述光障包括光束阱，所述光束阱用于捕获大致沿着所述第一检测轴传播的源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的所述光。这种光束阱使得所述反射探测光或所述散射探测光的反射扰乱要被检测的所述发射光的检测情形最少。
在另一个实施例中，所述容器包括光束阱，所述光束阱用于捕获所述样品表面之下的所述探测光束的光。延伸超过发出要被检测的所述发射光的位置的所述探测光束的光可以在所述光束阱中捕获，从而它不会扰乱测量。所述光束阱位于所述样品表面的下面，并且避免不需要激发要被检测的所述发射光的光的其它传播。
在另一个实施例中，所述设备包括参考检测器，所述参考检测器用于获得对所述探测光束的强度的测量。为了定标的目的以及为了补偿所述光源的强度变化，对所述探测光束的(初始)强度可以由所述参考检测器进行监测。优选的是，所述探测光束在穿透所述样品表面之前的强度进行监测。
在另一个实施例中，所述设备还包括分束器，所述分束器用于从所述探测光束中提取要由所述参考检测器检测的参考光束。通过所述分束器，所述参考光束可以从所述探测光束中耦合出来。所述参考光束的强度与所述探测光束的强度成比例。例如，这种分束器可以是平行平面板或仅仅是一片玻璃板，或者是棱镜。
在另一个实施例中，所述设备包括第二光源，所述第二光源用于产生第二探测光束，所述第二探测光束相对于所述样品表面的表面法线以角度β2≠0°被引导在所述容器的主要部分中的所述样品表面上。这种第二探测光束可以用来获得所述样品液体的所述性质的第二值。此外，可以高精度地获得所述样品液体的两种性质，其中之一是吸收。能够更加准确地获得期望的一种性质。在一个实施例中，这两种探测光束描述了不同的光路。这两种探测光束可以具有相同的波长，也可以具有不同的波长。在一个实施例中，可用的入射角是：β1＝β2。具体地讲，所述两种探测光束彼此平行。可以具有两个不同的光发生器例如两个激光器，用于产生所述两种探测光束。
还可以通过增加光学元件例如分束器来实现所述第二光源，从而例如从一个激光器中或从一个灯泡中提供所述两种探测光束。可以通过对于每一种探测光束的用于检测由每一种探测光束激发的散射光的一个检测器来进行检测，或者可以通过用于检测由所述探测光束中的任何一种激发的散射光的仅仅一个检测器进行检测。
在这样一种实施例中，所述第一检测器适于检测当用所述第二探测光束对所述样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光的强度。
在一个实施例中，所述设备包括：
第二检测器，所述第二检测器用于大致沿着第二检测轴检测通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第二检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ2≠0°。
有用的是：γ1＝γ2。所述第二检测轴可以排列为与所述第一检测轴平行。然而，在具有仅仅一个(第一)检测器和两种探测光束的实施例中，通常，为了区分检测到的源自于所述第一探测光束或所述第二探测光束的激发的强度，例如通过(机械)斩光器，必须提供所述探测光束的强度随着时间的变化，当提供了两个检测器时，这可能不是必需的，并且所述两种探测光束的光路彼此充分分离。因此，可以执行连续的激发和检测，从而产生良好的信噪比。
在一个实施例中，所述第二检测器适于检测当用所述第一探测光束对所述样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光的强度。
还可以采用具有第一探测光束和第二探测光束以及第一检测器和第二探检测器的配置。
通常，所述至少一种性质可以由测量在用探测光束对所述样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光而获得的物理性质或化学性质。所述发射光由所述探测光束激发。被检测的是受激发射。
在一个实施例中，所述至少一种性质包括浊度、荧光度和磷光度中的至少一种。
在采用至少两个光源和/或采用至少两个检测器的一个实施例中，所述至少一种性质包括吸收，以及浊度、荧光度和磷光度中的至少一种。
在一个实施例中，在所述样品液体内，所述探测光束与要由所述第一检测器检测的所述发射光形成角度δ1，其中，80°≤δ1≤100°。具体地讲，可用的是：85°≤δ1≤95°，或者更具体地讲是87.5°≤δ1≤92.5°。这同样适用于在采用两种探测光束和/或两个检测器的情况下的对应的角度。
所述探测光束和所述第一检测轴可以与所述样品表面的表面法线布置在一个平面内。这同样适用于在采用两种探测光束和/或两个检测器的情况下的对应的光束或轴。这样提供了相对较短的路径长度，并且由此检测到更高的强度(较少散射和较少加宽)。
在一个实施例中，应用β1≥35°或β1≥60°或β1＝75°±6°。这同样适用于β2。
在一个实施例中，应用γ1≥35°或γ1≥50°或γ1＝65°±6°。相同情况可以应用到γ2。
探测光束和要被检测的发射光的光路可以是对称的或不对称的。
在一个实施例中，所述第一检测器，以及如果提供的话，所述第二检测器具有2°±10°的接收角(接收光锥的开口角)。
在一个实施例中，所述探测光束没有发散度。
在一个实施例中，所述探测光束具有最多3°、最多2°或最多1.5°的会聚度。
所述探测光束可以是准直的光束。
所述光源可以包括准直器。
所述光源可以包括激光器，具体地讲，是二极管激光器。
所述光源可以包括灯丝，具体地讲，是灯泡。
在一个实施例中，所述探测光束的光是红外光。它可以是近红外光。
所述探测光束的光可以是可见光或不可见光。它可以是窄频光或宽频带光。它可以是白光。
在一个实施例中，所述发射光的波长在860nm±30nm内或者在850nm±10nm内。
在一个实施例中，所述样品液体包括水。
所述样品液体可以是水(水溶液)，具体地讲，可以是饮用水。
在一个实施例中，所述设备还包括处理器，其中，所述处理器被编程为从所述发射光的所述强度中获得所述样品液体的所述至少性质。
所述处理器被编程为获得至少两种性质，具体地讲，吸收系数α(朗伯-比尔系数)，以及另外的浊度σ(或散射系数σ)或荧光度的值或磷光度的值。
通常，所述样品表面是气体和所述样品液体之间的界面，具体地讲，所述气体是环境气体，具体地讲，是空气。所述气体还可以是保护性气体，例如氮气或惰性气体。
所述样品表面还可以是液体-液体界面，其中，除了所述样品液体之外的第二液体可以是其比重低于所述样品液体的比重的液体，从而所述第二样品液体不会与所述样品液体混合。
在一个实施例中，被预见到的是用于从所述容器中除去样品液体的底部出口。它可以包括在所述容器的底部的开口。另外，它可以包括阀。
根据本发明的流动池与由测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光来获得所述样品液体的至少一种性质的设备一起使用，所述流动池包括用于容纳形成样品表面的所述样品液体的容器，所述容器包括：
主要部分，所述探测光束将被引导在所述主要部分上，并且所述发射光通过所述主要部分从所述样品液体发射出来以便测量；
入口部分，用于接收要被测量的样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；
出口部分，用于从所述容器中除去样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
光障，布置在所述主要部分中，适于阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光的传播。
这种流动池的优点对应于上述对应测量设备的优点。
在一个实施例中，所述容器还包括第一分离构件，所述第一分离构件用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
在一个实施例中，所述容器还包括第二分离构件，所述第二分离构件用于将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
在一个实施例中，所述流动池包括用于保持光源的支架。
在一个实施例中，所述流动池包括用于保持(第一)检测器的支架。
用于获得样品液体的至少一种性质的根据本发明的方法包括如下步骤：
将探测光束相对于所述样品液体的表面法线以角度β≠0°引导在由所述样品液体形成的样品表面上；
大致沿着第一检测轴检测在用所述探测光束对所述样品液体进行照射时通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第一检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ1≠0°；
阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光大致沿着所述第一检测轴的传播。
所述方法的优点对应于上述对应测量设备的优点。
在一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：
通过位于所述样品表面之下的至少一个开口在所述出口部分中接收来自所述主要部分的样品液体；
将样品液体从所述容器中除去到所述出口部分之外；以及
用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
要从所述容器中除去的样品液体被容纳在所述出口部分中。
在一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：
通过通过入口部分将要被测量的样品液体引入到所述容器；
通过位于所述样品表面之下的至少一个开口在所述主要部分中接收来自所述入口部分的样品液体；
将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
所述入口部分用于接收新的(新鲜的)样品液体。在所述入口部分中，从所述容器之外接收样品液体。
在一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：将所述样品表面基本上分成一个部分样品表面和另一个部分样品表面，其中，所述探测光束被引导在所述一个部分样品表面上；所述发射光通过所述另一个部分样品表面大致沿着所述第一检测轴发射。
通过本发明，可以以快速的响应时间进行测量，这是因为可以具有用于容纳要被分析的样品液体的小容积。
从从属权利要求和附图中显现其它的优选实施例和优点。
附图说明
下面将通过例子和所包括的附图更加详细地描述本发明。这些附图如下：
图1是沿着如图2中的I-I所示的平面剖开的根据本发明的设备的局部示意性截面图；
图2是图1的设备的截面图的俯视图，所述截面图沿着如图1和图3中的II-II所示的平面剖开；
图3是沿着如图2中的III-III所示剖开的图1的设备的局部示意性截面图的细节；
图4是具有两个光源的设备的局部示意性截面图；
图5是具有一个光源和两个检测器的实施例的光路的概略图；以及
图6是描述处理器的输入和处理器的输出的示图。
用于这些附图中的参考标号及其含义总结于参考标号的列表中。通常，对相似或具有相似功能的部分给出相同或相似的参考标号。所描述的实施例仅仅是例子并不应该限制本发明。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备1的截面图。流动池2包括容器3，该容器3容纳样品液体4。光源30例如激光二极管产生光，该光入射在分束器31上，从而产生将由参考检测器32检测的参考光束27。由所述光源30产生的光被反射镜33反射并且形成探测光束20。所述探测光束20相对于由细的点虚线表示的表面法线以入射角β1入射到样品液体4的样品表面5上。该探测光束20的部分强度在样品表面5处反射，从而形成反射光束22和散射光，该散射光没有在图1中示出。光障34提供了光束阱35，该光束阱35吸收所述反射光束22。大部分的探测光束20在样品表面5处折射，然后进入样品液体4。
在样品液体4内，探测光束20激发发射光21。在该设备1是浊度计1的情况下，发射光21是从样品液体4内的粒子散射的光。如果该设备1是荧光度计1，则发射光21是由探测光束20激发的荧光。如果该设备1是用于测量磷光度的设备，则发射光21是由探测光束20激发的磷光。发射光21的一部分传播到样品表面5，并且当从样品液体4射出时发生折射。
在样品液体4之外，要被检测的发射光21相对于样品表面5形成角度γ1。在样品液体4内，被折射的探测光束相对于要由检测器37检测的发射光形成角度δ1。该表面法线由细的点虚线表示。包括光电元件和透镜的检测器37检测发射光21。该检测器37检测大致沿着检测轴23发射的光。检测光锥24内的光可以由检测器37检测到。所检测到的光的强度至少分别与样品液体4内的荧光、磷光以及散射的量成一级近似的比例。因此，所检测到的强度分别与容纳在样品液体4内的荧光材料、磷光材料以及散射粒子的量紧密相关。
探测光束20入射在样品表面5上以及要由检测器37检测的发射光21从样品液体中发射的过程在容器3的主要部分6中进行。该主要部分6内的样品表面5通过由光障34形成的第三分离构件11分成两个部分，该光障还防止在样品表面5处被散射的探测光束20的光被检测器37检测到。
图2示出了图1的设备的截面图的俯视图，其中，该截面图沿着图1和图3中II-II所示的平面剖开。除了主要部分6以外，该容器3还包括入口部分7和出口部分8。通过入口部分7内的入口导管17接收新鲜的样品液体4。入口部分7与除气部分18同时进行工作。在当样品液体4位于除气部分18内的时间内，可能溶解在样品液体4中的气体可以通过样品表面5从样品液体4中出去。此外，在样品液体4中可能携载的污染物和粒子可以沉积在入口部分7中，或者可以在入口部分7中的样品表面上漂浮。这些污染物和粒子到主要部分6的输运被禁止，具体地讲，这是因为：样品液体4从入口部分7流入到主要部分6所经过的开口12和12′位于入口部分7中容器3的底部之上且位于样品表面5(在入口部分7中)之下。替代两个开口12和12′，还可以仅仅存在一个开口或更多数目的开口。
示出了探测光束20穿透样品表面5的位置25以及要由检测器37检测的发射光穿透样品表面5的位置26。样品液体4通过开口13(也参见图1)从主要部分6流入出口部分8。该出口部分8包括出口导管16，该出口导管16具有样品液体4从其上溢出的边缘。因此，边缘15确定该容器内的样品表面5的高度水平。流过该边缘15的样品液体4通过出口导管16从该容器中出去。
第一分离构件9将主要部分6与出口部分8进行分离。第二分离构件10将主要部分6与入口部分7进行分离。图1所示的截面图沿着图2中的II-II所示的点虚线剖开。在图1、图2和图3中，样品液体的流动的方向由多个小箭头表示。
如图1所示，光束阱38被包括在容器3中，用于捕获探测光束20的延伸超过要被检测的发射光21源自于其上的点的那一部分光。该光束阱38包括：与第一分离构件9一体形成的构件40、构件41和构件42。在主要部分6的底部上设置有冲洗开口19，在该冲洗开口19中设置有阀14，通过该阀14，能够打开或关闭主要部分6与出口导管16之间的连接19。可以通过打开阀14对该容器进行冲洗来从该容器3去除可能包含在样品液体4中的固体材料，该固体材料会沉积在容器3的底部上并且当向上旋转时可能会干扰测量。另外，也可以通过打开阀14对该容器进行冲洗来从该容器3去除可能包含在样品液体4中的材料，该材料可能在样品表面上具体地讲在主要部分6中漂浮。
图3示出了沿着图2中的III-III所示的平面剖开的图1的设备1的截面图的细节。图3中示出了入口导管17和两个开口12和12′、以及样品液体流动的方向。
图4示出了另一个设备1。就容器3而言，该设备1基本上与图1到图3所示的设备相同。但是，光学配置与图1到图3不同。图4的设备1包括两个光源30和30b，这两个光源30和30b分别产生两种探测光束20和20b。分束器从探测光束20和20b中提取两种参考光束27和27b，这两种参考光束27和27b由参考检测器32检测。该探测光束20和20b分别相对于表面法线以角度β1和β2入射在样品表面5上。在样品表面5处反射或散射的光被光障34阻挡，具体地讲，反射光束22和22b被光障34的光束阱35捕获。在样品液体内产生发射光，该发射光当离开样品液体时发生折射，沿着检测方向21传播，相对于样品表面的表面法线形成角度γ1。在该样品液体内，该探测光束20和20b分别相对于该发射光形成角度δ1和δ2。在图4的实施例中，角度δ1和δ2均近似90°。入射角度β1和β2选择为基本相同。
由于使用了两个光源30和30b，所以不仅可以确定样品液体4的一种性质，而且还可以确定样品液体4的两种性质。对于第一探测光束20和第二探测光束20b，在样品液体4内的光路的长度不同。因此，可以针对样品液体4内的吸收对浊度、荧光度或磷光度的值进行校正，并且可以确定吸收系数。为了在当由第一探测光束20激发时发射的光与当由第二探测光束20b激发时发射的光之间进行区分，例如，光源30和30b可以通过斩光器进行交替开/关。
可以使用单一一个光发生器(激光器、灯泡……)外加诸如反射镜或分束器之类的的另一个光学元件来实现用于产生第二探测光束的第二光源。
图5示出了另一个实施例，但是没有示出容器的更多细节。尽管该实施例与图1到图4的实施例相似，但是它包括一个光源30和两个检测器37和37b。可以按照单一一个光敏元件(例如，光电元件)外加诸如反射镜或分束器之类的另一个光学元件的形式实现第二检测器。光源30包括准直透镜36。如图5所示，角度δ1和δ2可以选择为δ1＝δ2，并且角度γ1和γ2可以选择为γ1＝γ2。
直到从其发射要由检测器37检测的发射光21的点为止，探测光束20在样品液体4内传播了长度L1。发射光21自身在样品液体4内传播了长度L3。长度L1和L3短于结合最终要由第二检测器37b检测的光所发生的对应长度L2和L4。使用朗伯-比尔定律，能够独立于发射光(散射光、荧光、磷光)的产生的强度计算出样品液体4内光的吸收。通过具有一个以上的检测器的设备，例如，如图5所示的设备，可以通过采用波长敏感检测器独立于荧光度或磷光度获得吸收和浊度。例如，滤色器可以置于检测器之前的光路内。
处理器能够用于从检测到的强度计算样品液体4的期望性质。
图6示出描述处理器50的输入和处理器50的输出的示图。处理器50接收来自参考检测器32的参考强度I0、来自检测器37的强度I1，如果可能用的话，还接收来自检测器37b的强度I2。如果如图4一样采用两个光源，则可以将两个参考强度供给到处理器50。输入到处理器50的强度用于该处理器内的处理方案，并且很容易地计算样品液体的至少一种性质。通过用已知样品液体进行测量的强度可以用作定标测量。
在采用如图5所示的设备且δ1＝δ2＝90°进行浊度和吸收测量的情况下，例如可以按照直捷方式沿着下面方程获得样品液体4的吸收系数α的值、样品液体4的整体散射系数σ的值、样品液体4的相对光束90°的散射系数σ90的值，这些方程如下：
I1＝σ90I0exp[-(α+σ)(L1+L3)]
I2＝σ90I0exp[-(α+σ)(L2+L4)]
(α+σ)＝-ln(I1/I2)/(L1+L3-L2-L4)
σ90＝I1/I0＊exp[(α+σ)(L1+L3)]，以及
σ90＝I2/I0＊exp[(α+σ)(L1+L3)]
其中，I0是初始强度，I1是第一检测器的强度，I2是第二检测器的强度，L1、L2、L3和L4是如图5所示的光路长度。
为了获得更加精确的结果，可以采用更加精确的公式进行运算。可以类似地获得例如图4所示的两个光源和一个检测器的情况以及例如如图1到图3所示的仅仅一个光源和仅仅一个检测器的情况。在荧光度和磷光度测量的情况下，可以类似地获得对应方程。
该设备的典型尺寸如下：尽管100ml到500ml量级的容纳样品液体的体积可以低于50ml或低于20ml，但是通常10ml以上；1ml/s到10ml/s的容器内的样品液体的流量可以是0.2ml/s±0.1ml/s一样低。
通过分离构件9、10、11，可以在主要部分6中确保非常平静和平坦的样品表面5。连接容器的部分6、7和8的开口12、12′、13布置在样品表面5之下的事实也支持主要部分6中形成稳定的样品表面。
对于荧光度和磷光度测量，必须合适地选择光源的波长。
参考标号列表
1设备、测量设备、浊度计、荧光计、磷光计、吸收测量设备、监测设备
2流动池
3容器
4样品液体、水、溶液
5样品表面
6主要部分
7入口部分
8出口部分
9第一分离构件
10第二分离构件
11第三分离构件
12 12′开口(连接入口部分和主要部分)
13开口(连接出口部分和主要部分)
14阀、螺线管阀
15边缘
16出口导管
17入口导管
18除气部分、清除部分
19冲洗开口
20(第一)探测光束
20b第二探测光束
21发射光(要被检测)
21b发射光(要被检测)
22、22b反射光
23(第一)检测轴
23b第二检测轴
24(第一检测器的)检测光锥
24b(第二检测器的)检测光锥
25探测光束穿透样品表面的位置
26发射光穿透样品表面以由(第一)检测器检测的位置
27、27b参考光束
30光源、激光器、灯泡
30b第二光源、激光器、灯泡
31分束器平行平面板
32参考检测器光电元件
33反射镜
34光障
35光束阱
36、36b、36c透镜、准直透镜
37(第一)检测器、光电元件、光敏元件
37b第二检测器、光电元件、光敏元件
38光束阱
40、41、42构件
50处理器
I0初始强度、探测光束的强度
I1发射光的强度(在第一检测器中被检测)
I2发射光的强度(在第二检测器中被检测)
L1、L2、L3、L4长度、光路长度
α吸收系数
β1入射角、相对表面法线测量的(第一)探测光束的入射角
β2入射角、相对表面法线测量的第二探测光束的入射角
γ1相对表面法线测量的(第一)检测轴的角度
γ2相对表面法线测量的第二检测轴的角度
δ1在样品液体内被折射的(第一)探测光束与要被检测的发射光之间的角度
δ2在样品液体内被折射的第二探测光束与要被检测的发射光之间的角度
σ散射系数(整体)
σ9090°散射的散射系数

Claims (31)

1.一种由测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光来获得所述样品液体的至少一种性质的设备，所述设备包括：
容器，用于容纳所述样品液体，所述样品液体形成样品表面；
光源，用于产生所述探测光束，所述探测光束相对于所述样品表面的表面法线以角度β1≠0°被引导在所述容器的主要部分中的所述样品表面上；
第一检测器，适于大致沿着第一检测轴检测通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第一检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ1≠0°；以及
光障，布置在所述探测光束和所述第一检测轴之间，适于阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光大致沿着所述第一检测轴的传播。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括：
出口部分，用于从所述容器中除去样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
第一分离构件，用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述出口部分具有过多的样品液体要从其上溢出的边缘。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述边缘呈闭合形状。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括：
入口部分，用于接收要被测量的样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
第二分离构件，用于将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括第三分离构件，通过所述第三分离构件，所述样品表面基本上被分成一个部分样品表面和另一个部分样品表面，其中，所述探测光束被引导在所述一个部分样品表面上；所述发射光通过所述另一个部分样品表面大致沿着所述第一检测轴发射。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述第三分离构件包括所述光障。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述光障延伸到所述样品表面之下。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述光障包括光束阱，所述光束阱用于捕获大致沿着所述第一检测轴传播的源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括光束阱，所述光束阱用于捕获在所述样品表面之下的所述探测光束的光。
11.如权利要求1所述的设备，所述设备包括参考检测器，所述参考检测器用于获得对所述探测光束的强度的测量。
12.如权利要求11所述的设备，所述设备还包括分束器，所述分束器用于从所述探测光束中提取要由所述参考检测器检测的参考光束。
13.如权利要求1所述的设备，所述设备包括第二光源，所述第二光源用于产生第二探测光束，所述第二探测光束相对于所述样品表面的表面法线以角度β2≠0°被引导在所述容器的主要部分中的所述样品表面上。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一检测器适于检测当用所述第二探测光束对所述样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光的强度。
15.如权利要求1所述的设备，所述设备包括第二检测器，所述第二检测器用于大致沿着第二检测轴检测通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第二检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ2≠0°。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述第二检测器适于检测当用所述第一探测光束对所述样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光的强度。
17.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一种性质包括浊度、荧光度和磷光度中的至少一种。
18.如权利要求13所述的设备，其中，所述至少一种性质包括吸收，以及浊度、荧光度和磷光度中的至少一种。
19.如权利要求15所述的设备，其中，所述至少一种性质包括吸收，以及浊度、荧光度和磷光度中的至少一种。
20.如权利要求1所述的设备，其中，在所述样品液体内，所述探测光束与要由所述第一检测器检测的所述发射光形成角度δ，其中，80°≤δ≤100°。
21.如权利要求1所述的设备，其中，所述探测光束没有发散度。
22.如权利要求1所述的设备，其中，所述探测光束的光是红外光。
23.如权利要求1所述的设备，其中，所述样品液体包括水。
24.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括处理器，所述处理器被编程为从所述发射光的所述强度中获得所述样品液体的所述至少性质。
25.一种与由测量当用探测光束对样品液体进行照射时从所述样品液体中发出的发射光获得所述样品液体的至少一种性质的设备一起使用的流动池，所述流动池包括用于容纳形成样品表面的所述样品液体的容器，所述容器包括：
主要部分，所述探测光束将被引导在所述主要部分上，并且所述发射光通过所述主要部分从所述样品液体发射出来以便被测量；
入口部分，用于接收要被测量的样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；
出口部分，用于从所述容器中除去样品液体，具有位于所述样品表面之下的通向所述主要部分的至少一个开口；以及
光障，布置在所述主要部分中，适于阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光的传播。
26.如权利要求25所述的流动池，所述容器还包括：
第一分离构件，用于将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
27.如权利要求25所述的流动池，所述容器还包括：
第二分离构件，用于将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
28.一种用于获得样品液体的至少一种性质的方法，所述方法包括如下步骤：
将探测光束相对于所述样品液体的表面法线以角度β≠0°引导在由所述样品液体形成的样品表面上；
大致沿着第一检测轴检测在用所述探测光束对所述样品液体进行照射时通过所述主要部分中的所述样品表面从所述样品液体中发出的所述发射光的强度，所述第一检测轴与所述样品表面的表面法线形成角度γ1≠0°；
阻挡源自于所述探测光束在所述样品表面处的反射或散射的光大致沿着所述第一检测轴的传播。
29.如权利要求28所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
通过位于所述样品表面之下的至少一个开口在出口部分中接收来自所述主要部分的样品液体；
将样品液体从所述容器中除去到所述出口部分之外；以及
将属于所述出口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
30.如权利要求28所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
在入口部分中将要被测量的样品液体引入到所述容器中；
通过位于所述样品表面之下的至少一个开口在所述主要部分中接收来自所述入口部分的样品液体；
将属于所述入口部分的所述样品表面的一部分与属于所述主要部分的所述样品表面的一部分基本上分离。
31.如权利要求28所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
将所述样品表面基本上分成一个部分样品表面和另一个部分样品表面，其中，所述探测光束被引导在所述一个部分样品表面上；所述发射光通过所述另一个部分样品表面大致沿着所述第一检测轴发射。
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