CN104111232B - 基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置及检测方法，其中，所述装置包括：待测溶液容器，用于容置待测液体和酸碱指示剂；光源，用于发出pH值敏感波长的光波；光电探测器，用于接收透过待测溶液的光波，并将光信号转变为电信号；电压阈值输入端，用于接收用户输入的、与特定pH值对应的阈值电压；比较电路，用于比较光电探测器和电压阈值输入端的信号；报警器，接收比较电路的信号，并报警。本装置可以根据用户的pH值检测与报警需求，精确地任意设置pH值检测阈值，实现阈值可调的pH值检测与报警。

Description

基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置及 方法

技术领域

本发明属于检测设备领域，尤其是pH检测设备。

背景技术

pH测量与现代工业、农业、医药、生物工程、环境及科学研究等领域息息相关，因此pH传感器目前备受关注。

对于pH测量，传统技术采用指示剂在溶液中的标定，观察指示剂颜色的变化来进行判断，或采用pH仪来测量等。指示剂标定的方法只能把溶液pH确定在一个比较粗的范围，pH仪可以精确测定溶液的pH值，但pH仪需要与每个溶液样品直接接触进行测量，所需样品较多，并且每次测量后需对pH仪探头进行清洗后才能进行下一个样品的测量，操作繁琐，耗时较长。上述pH检测方法均为手工操作，人工读取，难以实现对大量样品是否达到某一指定pH值进行快速、自动化筛选。

另外，现有技术的自动检测方法无法调整pH的阈值，当用户需要调整阈值时，需要更换相关部件，甚至更换整个仪器。

发明内容

发明目的：一个目的是构建一种基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置，以解决现有技术存在的一个或多个问题。

另一个目的是构建一种基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警方法。

技术方案：一种基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置，包括：

待测溶液容器，用于容置待测液体和酸碱指示剂；

光源，用于发出pH值敏感波长的光波；

光电探测器，用于接收透过待测溶液的光波，并将光信号转变为电信号；

电压阈值输入端，用于接收用户输入的、与特定pH值对应的阈值电压；

比较电路，用于比较光电探测器和电压阈值输入端的信号；

报警器，接收比较电路的信号，并报警。

一种采用上述基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置检测溶液pH的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据待测溶液的性质、浓度和预期的pH范围选择酸碱指示剂；

步骤2：进行一组定标实验，获得输出电压～pH值曲线；

步骤3：根据预期的pH阈值和输出电压~pH曲线，设定阈值电压；

步骤4：根据定标实验，将一定量的待测溶液和酸碱指示剂放入待测溶液容器中，开启检测报警装置，检测pH值；

当待测溶液的pH值范围调整时，根据电压～pH值曲线重新设置电压阈值，并执行步骤4。

酸碱指示剂分子在不同pH值溶液中发生显色反应，透过光谱改变。选定随着不同pH值透过率有显著变化的波长作为照射光源波长，光电探测器接收透过光强，并进行光电转换。pH的改变将引起透过光强的实时改变，进而引起光电探测器输出电信号强度的变化，由此可获得光电探测器“输出电压～pH值”曲线。在选定的酸碱指示剂的工作范围内，可根据任意pH报警需求，在“输出电压～pH值”的曲线中选定对应的电压阈值，设为比较电路的比较电压，与透过待测溶液光信号对应的电信号进行比较，实现阈值可调pH值检测与报警。

有益效果：本装置可以根据用户的pH值检测与报警需求，精确地任意设置pH值检测阈值，实现阈值可调的pH值检测与报警。本装置采用非接触性测量，既克服了指示剂标定法只能把溶液pH确定在一个比较粗的范围，又克服了pH仪需要与每个溶液样品直接接触测量导致的操作繁琐，耗时较长的问题，能够实现对大批量样品是否达到任一指定pH值进行快速、自动化判断与筛选。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明酸碱指示剂在不同pH值中的透射光谱图。

图3为本发明光电探测器的输出电压～pH值曲线图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置，主要包括：

待测溶液容器，用于容置待测液体和酸碱指示剂；

光源，用于发出pH值敏感波长的光波；

光电探测器，用于接收透过待测溶液的光波，并将光信号转变为电信号；

电压阈值输入端，用于接收用户输入的、与特定pH值对应的阈值电压；

比较电路，用于比较光电探测器和电压阈值输入端的信号；

报警器，接收比较电路的信号，并报警。

工作时，将待测液体和酸碱指示剂放入待测溶液容器中，光源发出的光波对pH值非常敏感，因此当pH值与预期不一致时，溶液的透光率不同，光电探测器接收到的光强发生变化，光电探测器将光强转变为电信号，并送入比较电路，如果超过了预设值，则比较电路驱动报警器报警。

作为本发明进一步的实施例，待测溶液对波长的透过率随pH值改变而改变，导致光电探测器产生的电信号随待测溶液pH值改变而改变，由此可获得“光电探测器输出电压～pH值”曲线。在选定的酸碱指示剂的工作范围内，可根据任意pH报警需求，在所述的“输出电压～pH值”的曲线中选定对应的电压阈值，设为比较电路的比较电压，与透过待测溶液光信号对应的电信号进行比较，实现阈值可调pH值检测与报警。

如图2所示，以甲基红作为酸碱指示剂为例，其透射光谱随pH值的改变而改变。405nm波长处透过率随pH值变化敏感，故选定照射光源1波长为405nm。在酸性条件下（pH<7），405nm处透过率随pH减小而增大。

光电探测器3接收透过待测溶液2的光强，并转换为电信号。分别测量一系列溶有甲基红的已知pH值溶液的光电探测器3的输出电压，获得如图3所示的光电探测器“输出电压～pH值”曲线。

根据pH值检测与报警需求，如要求对pH<5的溶液样品进行报警，从图3“输出电压～pH值”曲线中获得pH=5对应的电压值（图3中标注①），将其设为报警阈值电压并通过电压阈值输入端4输入，作为比较电路5的比较电压输入。比较电路5的另一输入端为透过溶有甲基红的待测溶液的光经光电探测器转换的电压信号。若待测溶液的pH>5，则报警器6不工作；若待测溶液的pH<5，则比较电路驱动报警器6进行报警。

如要求对pH<5.5的溶液样品进行筛选，则可从从附图3“电压～pH值”曲线中获得pH=5.5对应的电压值（图3中标注②），将其设为报警电压阈值4，作为比较电路5的比较电压输入。比较电路5的另一输入端为透过溶有甲基红的待测溶液的光经光电探测器转换的电压信号。若待测溶液的pH>5.5，则报警器6不工作；若待测溶液的pH<5.5，则比较电路驱动报警器6进行报警。

由此可见，此装置可以实现阈值可调pH值检测与报警。选定不同工作范围的酸碱指示剂，可以实现不同范围的pH值检测与报警。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (1)

1.一种采用基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置检测溶液pH的方法，其特征在于，

所述基于酸碱指示剂吸收光谱的阈值可调pH值检测报警装置包括：

待测溶液容器，用于容置待测液体和酸碱指示剂；

光源，用于发出pH值敏感波长的光波；

光电探测器，用于接收透过待测溶液的光波，并将光信号转变为电信号；

电压阈值输入端，用于接收用户输入的、与特定pH值对应的电压阈值；

比较电路，用于比较光电探测器和电压阈值输入端的信号；

报警器，接收比较电路的信号，并报警；

工作时，将待测液体和酸碱指示剂放入待测溶液容器中，光源发出的光波对pH值敏感，当pH值与预期不一致时，溶液的透光率不同，光电探测器接收到的光强发生变化，光电探测器将光强转变为电信号，并送入比较电路，如果超过了预设值，则比较电路驱动报警器报警；

所述酸碱指示剂为甲基红，所述pH值敏感波长的光波的波长为405nm；

在选定的酸碱指示剂的工作范围内，根据任意pH报警需求，在输出电压～pH值的曲线中选定对应的电压阈值，设为比较电路的比较电压，与透过待测溶液光信号对应的电信号进行比较，实现阈值可调pH值检测与报警；

所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据待测溶液的性质、浓度和预期的pH范围选择酸碱指示剂；选定随着不同pH值透过率有显著变化的波长作为照射光源波长；

步骤2：进行一组定标实验，获得输出电压～pH值曲线；

步骤3：根据预期的pH阈值和输出电压~pH曲线，设定阈值电压；

步骤4：根据定标实验，将一定量的待测溶液和酸碱指示剂放入待测溶液容器中，开启检测报警装置，检测pH值；

当待测溶液的pH值范围调整时，根据电压～pH值曲线重新设置电压阈值，并执行步骤1~4。