CN1043079C - 分析流体介质的装置 - Google Patents

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Abstract

在透析仪的不透液体的外壳中包括一种全功能分析装置，它可浸没在欲被分析的介质中。外壳中的开口被透析膜封闭。槽限定体及膜协同限定一个流槽。该装置包括一个载体流体存储器和产生经流槽的载体流体流的载体泵。通过膜的透析，载体流体流被转变成样品流体流，它被收容在反应槽中。来自至少一个试剂储存器的试剂流体由至少一台试剂泵被送到反应槽，将检测装置与反应槽相连，以便检测源于试剂流和样品流之间反应的反应产物，及产生相应的检测信号。来自反应槽的排出物被收容在废物储存器中。运行期间反应槽中的平均体积流量小于100μl/分，使可进行至少30天的不间断的运行。该装置适于原地实时测量废水处理厂的处理废水中的植物有营养的盐。

Description

分析流体介质的装置
本发明涉及分析流体介质，特别是液体的装置。
流体分析装置可用于控制化学和生物学过程，如污水处理过程。最希望的是，比如，降低来自废水处理厂的排出物中的有营养的盐，如氮和磷酸盐的浓度。对该厂中的生物学过程的恰当控制是需要的。因此，有利的是当废水中的磷酸盐、硝酸盐和铵的量与其它变量一起对该生物学过程产生影响，或向其传达信息时能测量这些量。
由于存在各种被分析物，所以多项专利涉及分析流体，特别是液体的主题。按原理各种测量方法可为三组：
(1)其中不连续取样、过滤和分析的方法；
(2)在线的方法；其中从大量处理流体中连续抽取样品、过滤、然后每隔一定时间自动分析的方法；
(3)在原位进行的方法。取样及分析装置完全或部分地浸没于欲被分析的介质中，或直接取样，然后如此靠近此处理过程进行分析，以致取样和分析结果的形成之间的时间缩短到足以进行可靠的、实时的过程控制。
一种用于工艺过程控制用途的分析体系应能使使用者立即采取预防措施；比如在处理废水时，针对该流体介质的磷酸盐含量突然升高的预防措施。然而组(1)的方法主要在实验室内进行，这不可避免地引起从样品收集到实际分析的时间上的延误。
此外，水样经常用分光光度法分析，长的输送距离可能存在其它问题，因为样品中连续的生物活性趋于使它们失去代表性。即使将样品迅速从取样处送至实验室，分析结果仍多少有点不可靠，因为存在与样品中的背景混浊度的问题。
上述组(2)包括UV测量以及离子选择性电报极和分段流动分析(SFA)。所谓的流动注射分析(FIA)则属于组(2)和组(1)。
该分段流动分析(SFA)法首次述于美国专利No.2,797,149和No.2,879,141，基本的原则是用空气将欲被分析的各样品彼此分开。包含流体处理体系的这种技术的明确表达被述于美国专利No.4,853,336中。由于在连续流动分析仪中预先分离了处理液体，如试剂或稀释剂，所以此系统对混合液体样品特别有效。此系统可以进行分析混合物的不同组分的延迟在线混合，如样品与试剂或稀释剂的混合，以及这些组分在单个导管中的混合和相互作用。
在美国专利No.4,022,575和No.4,224,003中概述了基本的FIA原理。将计量的样品引入移动的液体载体流中，从而形成了一个轮廓分明的区域，该区的体积和几何形状是严格可重现的。该载体流中的此样品区通过一种分析组件被传递，然后在适宜的检测室中检测。在FIA中，该样品的可以预定量任意用一种阀直接引入，或它可用一种磁阀系统引入，见，比如，美国专利No.4,177,677。
流动喷射分析要求精确地计量样品体积。在EP的公开申请107631中提出了这个问题，该文献述及一种用于流动分析的整体微导管，其中槽的小型化系统以整体结构构成。槽的部分被设计成可在流道间转换，这样在转入样品流时可使样品体积通过将其置于此可转换的槽部分中进行测量，然后转换此槽的部分成分析流，以便以分批过程处理样品体积。
一个属于如上定义的组(3)的装置的例子是用来直接测量组合物中的成比例的物质的量的所谓的Clark电池的极谱法电池。此电池述于美国专利No.2,913,386中。该电池包括一个具有被膜覆盖腔的管状体，在其中以预定的固定空间关系设置了阳极和阴极。该腔中充有电解液。电极间的空间限定了一个“桥”，通过它离子迁移，而同时在该电解液中产生化学反应。在化学反应中消耗了电解液，并需要经常更换。此电池适于测定，比如，液体、气体或固体中的氧、SO2或CO2。
属于上述组(3)的另一个例子是称为APP(自动抽吸光度计)的分析仪，它已由ME Meerestechnik-Elektronik GmbH制成，见文献DE Cl 3822788。此装置是为在水中取样，直接分析样品及存贮此测量结果的原地使用而专门设计的。该APP分析仪能在相当短的时间(10-30分)内测定指定物质的浓度变化，可测的物质是，如，铵、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、氰化物、及重金属。APP分析仪的中心部分是一台往复泵，它还起反应室和小室的作用，而且它吸入样品及试剂。该液体经分配阀流过，该阀开通和关闭输送液体的不同的管道并确定各混合步骤的顺序。每次测量后，从该装置中排出此样品一试剂的混合物。
APP分析仪基于将样品抽入此系统，但不包含能防止细菌侵入的过滤装置；所以有细菌在此分析仪中生长的危险，这可能再次引起生物学活性，使分析物浓度与外部浓度相比有所改变。必须精确测量此样品，由于所示的泵，反应室和小室的组合，这一点显得相当困难。每次测量消耗相当大量的试剂与最快的循环时间(10-30分)的组合导致了更换试剂之间的时间约为一周。某些被用过的试剂可能是有毒的，而且每次测量后排放的样品一试剂可能有害于环境以及进一步测量的正确性。
本发明涉及一种透析仪类型的装置。它包含一个不透流体的外壳，外壳有一个被膜封闭的开口，该膜有第一和第二主表面，并可使离子和分子在此表面之间迁移，在使用时此第一主表面与欲被分析的介质接触，该装置还包括在该外壳中的槽形限定装置，其中装有限定至少一条流动槽的膜，该槽是由该膜的第二主表面和此槽形限定装置界定的。
从文献AT 355546可得知这种装置。该文献展示了一种用于发酵罐，化学反应器等的可杀菌的透析仪。该透析仪包括一个用透析膜覆盖着的透析仪的头。该头是被装在该罐或反应器壁中的开口中的。经该透析仪中的供入管线和排放管线，适宜的缓冲剂溶液沿该膜的背面供入，而同时罐或反应器中的液体与该膜的前面接触。存在于该液体中的可透析的物质经膜被透析入缓冲剂溶液中，然后沿排放管线输至外部的分析仪器或系统。
本发明的分析流体介质，尤其是液体的装置，它包括：
-一个不透流体的外壳，它具有一被膜密封的开口，上述膜有第一和第二主表面并可使离子和分子在该表面之间迁移，使用时第一主表面与介质接触；和
在外壳中的槽形限定装置，它装有膜，以便限定至少一条由膜的第二主表面和槽限定装置所确定的流槽；其特征在于该外壳包围着：
-一个用于盛放载体流体的载体流体储存器；
-使产生经流槽的载体流体流，以使离子和和分子在介质和载体流体之间穿过膜迁移，借此将载体流体流转变成样品流体流而连接的载体泵装置；
-一条用于接受样品流体流的反应槽；
-至少一个用于盛放试剂流体的试剂储存器；
-至少一种将试剂流体流输到反应槽而连接的试剂泵装置；
-与反应槽连接的，用以检测反应产物的和产生相应的检测信号的检测装置；以及
-至少一个用于接收反应槽流体而连接的废物储存器。
按上述规定，一台全功能分析装置被包括在透析仪的不透流体的外壳中。从而本发明提供了一种配套装置，它包括一个载体流体储存器和一个载体泵，该泵用于产生经流槽的载体流体流，以便使离子和分子在该介质和载体流体之间穿过膜迁移。结果，载体流体的流被转变成被容纳在反应槽中的样品流体的流。通过至少一台试剂泵将试剂流体从至少一个试剂储存器送至反应槽，并将一台检测装置与反应槽相连，以便检测源于试剂流体和样品流体向反应的反应产物，并产生相应的检测信号。来自该反应槽的排出物被容纳于废物储存罐中。
应注意的是，在本发明的陈述中，术语“样品流体”指的是一种由透析过程产生的流体。该样品流是通过经膜的离子和分子交换而产生的；该离子和分子在一种欲被分析的流体介质和通过交换被转变成样品流的载体流之间被交换；该术语与化学领域中的通常用法稍有不同，在那里“样品”是简单地指欲被分析的流体介质的一部分。
本发明避免了现有技术的许多缺点或将其限于最小。特别是，依赖于透析方法而将该分析装置的内部污染的危险及环境污染的危险减至最小。全部在分析中消耗的和产生的流体都容在和盛在外壳的储存器中。没有干扰测量或引起堵塞的污染物颗粒或有机体被吸入。
本发明的装置对欲被分析的流体的组成中的变化向应非常迅速，因为分析单元位于透析仪的外壳之中，即非常靠近透析仪实际进行取样的位置。整个装置可浸没于欲被分析的流体中。反应和检测在一个部位上进行，而且产生标志该检测结果的检测信号。此信号可在外壳中被记录以便以后取用，如在监控应用中取用。或可将其输出外壳而传至外界部位以便记录或进一步处理，如在过程控制用途中处理。
本发明的装置，其特征还在于使泵装置运行而产生基本上不间断的流，以便在连续时间周期中的任何时刻作出对反应产物的正确检测。这在过程控制用途中特别有益。在一持续的时期中的任何时间构成对反应产物的有效检测的可能性允许非常直接的过程控制。可能需要偶然的校准和清洗操作，但校准间的时间间隔和清洗操作的时间间隔可能超过1小时。测量间的空载时间被减至最小，而所监测的分析物的浓度变化可用最小的时间延误检测。还有，检测，或“取样”的频率可适于分析物浓度的变化速度。
这就是与分批进行的方法，如SFA或FIA的区别，在此二法中，可检测的反应产物分批到达检测装置，各批次或用空气或用一段无反应产物的载体流而彼此分开。在公知的方法中，检测装置的输出信号或测量结果采取峰或测量相的形式，它们当反应产物区经过此检测装置时出现，它们当空气区或无载的载体流体通过检测装置时以低谷或空载时间相区分。检测必需与反应产物的通过同步，而同步计时的限制是不可避免的。相反，用本发明和权利要求2的装置则基本上观察不到峰或谷，或测量相及空载相；在检测装置上反应产物的流动是不分段的，而且检测可在持续的时间间隔中以随机次数进行。换言之，原则上测量的重现率被任意地提高，固有的限制仅在于该检测装置的运行，而不在于进行样品输送的流动系统。比如，该检测装置可包括一台具有有限重现率的模拟-数字转换器。
另一方面，所述的时间间隔可非常长，而且可与典型的时间间隔相比，或至少与其在同一数量级上，在这段时间间隔上，大规模的化学或生物过程中发生分析物浓度的显著变化。即，在几分钟至几小时的数量级上发生此变化。换言之，此时间间隔可象欲被监测或测量的分析物的浓度变化的典型时间常数一样长。因此可以不间断的方式监测或测量该分析物浓度的主要变化。
本发明的装置特别是实际上可消除测量间的空载时间，而且将在膜处的“取样”和在检测器处的“测量”间的延误时间减至最小；所遇到的延误仅是使分析物离子和分子通过流动系统迁移直至其在反应产物中被检测的时间。
本发明的装置，其特征还在于为控制样品流体流和任何试剂流体流，将控制装置连接泵装置，使在该检测装置处提供样品流体和任何试剂流体之间基本恒定的体积比例。因此，以其方式控制样品流体或一种、多种或全部试剂流体流是有益的或必需的。这取决于在流动中进行的化学反应及所用的检测原理。在某些情况下，只要保证将“足量”的反应剂加到样品液体流中以保证完成反应就足够了；这可通过以高于所需最小值的安全范围的试剂流的运行来完成。在另一情况下，校准标准化的反应可能需要对样品流体与任何试剂流体的体积比，或两种或多种试剂流体间的体积比，或两者精确控制，因此需如上述中的控制流动。
本发明的装置，其特征还在于，相应于在反应槽中的流体的动粘度和在反应槽中的体积流量选择该反应槽的横截面积和横向尺寸，以便提供一种在反应槽中平均雷诺数小于5的物流。
按上述规定用Reynolds数小于5的流动进行操作是有益的，在这种流动中，轴向分散很低，而且，如果根据绝对标度将流量选得很少，则可达到试剂流体的低消耗。
较好的是，操作中反应槽中的平均体积流量小于100μl/分。这就导致了载体和试剂的低消耗。
为了实施的目的，使废物储存器的体积容量足以允许进行至少30天的不间断运行是有利的；大约需要每月一次更换用完的储存器，这也便于计划。本发明的装置特别适用于分析废水提纯厂中的被污染的水及天然的水流，但它还适用于测量和控制其它的流体过程(发酵，造纸过程等)。然而本发明未以任何方式限于特殊的用途。任何流体介质、气体以及液体都可被分析。
已发现，可用本发明的装置将分析的响应时间减至大约1分钟或更短，相应于此时间，它使分析物的离子或分子从欲被分析的介质中，借助膜，穿过此流动体系然后移至该检测器。还发现可原地操纵此装置，以使该分析物只需移动一段极短的距离。比如，该装置可以部分浸没的方式浮在处理池中的废水表面上。
包含在该检测中的化学反应无需进行到终止；如果正确地控制流量，则可在此反应的任何阶段进行测量，因为试测和样品的混合是可重现的。
其它的赋予非常短的响应时间的可能性的特性包括：若将反应槽保持在高温时达到提高反应速度的能力，和如果选择非常大的槽的横截面时有效的混合。
如前所述，已发现可按本发明构成一种以配套的方式运行长达一整月，甚至更长而无需保养的装置。盛放载体流体、试剂流体和废物流体的容器都有足够的尺寸在可能是一个月或更长的整个不间断运行期中来分别地贮存消耗的流体量和产生的流体量。这是可能的，因为比如以液体运行，液体消耗可低到每月1-10升，这包括载体和试剂液体及辅助液体，如清洁剂和校准标样。如果正确地选择抗污染颗粒和有机体穿透或侵入性，则膜可有类似的寿命。
本发明的装置的用途包括使用所述的装置在现场实时地测量废水处理厂的处理水中的植物营养盐的浓度。这样使用本发明的装置有可能大大缩小将来废水提纯厂的规模，这是因为该方法和装置对控制废水处理厂中的生物学过程的变化响应迅速的缘故。可在时间上提早采取针对任何变化的正确的行动，从而提高生物学处理过程的效率并从而缩小将来厂的规模，或相反地，提高现存厂的处理容量。此与同时，在废水处理中所用的化学品的量及费用，如为磷酸盐的沉淀，都可降低。
本发明方法的原理及装置将在下文详述。参见附图，其中：
图1是本发明为进行污水中的正磷酸盐分析的流动体系的示意图。
图2a是用于图1所示流动体系的取样室的部分俯视图。
图2b是包括图2a中所示部分的取样室剖面图。
图3是用作图1中所示流动体系部件的所谓的流动测试板底板的俯视图。
图4是说明为进行废水的原地分析的本发明的配套可浸没装置的总布局的展示图。
图1是显示了本发明系统的主要部件，该体系适于分析水中的正磷酸盐。主要部件是：液体容器1、5、7、10、13和16，它们用于盛放此系统运行中用的或产生的各种液体61、65、67、60、63和66；泵2、6、8、11和14，它们都被经过平行的或串联的信号转移通路71的控制器电路70控制，以便经槽52、56、58、51和54通过分析系统抽送液体；一个取样室3，它带有流槽21和膜20，使用时它与欲被分析的介质28接触，以便产生样品液体；一个所谓的流动测试板15，其中各液体可以被控制的方式，通过正确使用槽52、56、58、51和54以及槽24、29和59混合，和与流动测试板15及控制电路70相连检测欲被分析的反应产物的检测装置12。检测结果以信号方式传至控制电路70以便显示或经外部信号转移通路72传输。
在图1中，容器1盛有实验室级的软化水61，它供给载体液体。借助流动测试板15中的槽52，泵2将此载体液体泵送入样品产生室3中。在室3中，经流动槽21沿膜20的背面引导载体液体。流动槽由膜20的背面，或第二主表面，以及由与膜接触的适宜的机械装置(未示)限定或确定。被显示的膜20的前面，或第一主表面是与欲被分析的介质，即废水28直接接触的。
膜20由可使离子和分子穿过该膜迁移的材料制成。这将使离子和分子，包括正磷酸根离子从废水28经膜20迁移，然后进入载体流体61的流中。结果，载体液体当沿流槽21流动时载带分析物(正磷酸根)及其它的来自此废水的离子和分子，这样就将载体液体转变成离开室3而经槽24进入流动测试板15的样品液体。当然，在这种情况下使用的词“样品”不同于普通的用法，在此情况下存在于流动系统中的样品液体不是废水的物理样品，而是由专门的，经可渗透膜20传送的机理形成的，废水状态的想象。
在流动测试板15中，槽24中的样品液体被引向汇合点4(于此它与来自容器5的试剂液体65的流结合)，借助泵6经槽56被抽到汇合点。试剂液体65是仲钼酸铵(化学结构式：(NH4)6Mo7O24·4H2O)和酒石酸锑钾(化学结构式：KSbOC4H4O6·1/2H2O)以硫酸(H2SO4)作溶解助剂溶于水中的混合物，它们都符合Danishstandardno,291的标准浓度。就正磷酸盐分析的标准化方法而言，专门选择了化学制品，这要求标准化的试剂和混合比例。
样品流和试剂流的汇合在反应槽29中产生了第一组合流。在沿反应槽29流动的同时，组合流中的样品液体和试剂液体彼此充分混合，从而起动样品液体中的分析物(正磷酸根离子)和试剂液体中的试剂之间的反应。得到了反应产物，其浓度在反应朝完成的方向进行时，沿槽29提高。在此例子中，反应产物是已知的磷钼酸的配合物。
在第二汇合点9，第一组合物流45与泵8经槽58输送的第二试剂流体67的物流组合；在此例子中，第二试剂液体含有标准浓度的着色试剂、抗坏血酸(C6H8O6)。
在此所形成的组合流(它可被称为第2组合流)中，第一组合流与第二试剂彻底混合以启动第二化学反应。在此例中，这是一种产生于第一组合流中的磷-钼酸与来自第二试剂的抗坏血酸之间的反应，此反应导致在第二组合流中产生着色的产物、钼兰，而同时它沿反应槽29移动。
如示意图所指示，此反应槽29通过检测装置12。在本例中，这是测量经其流过的液体吸收率的分光光度计。该吸收率与该液体中的着色产物浓度有关，它还与取样室3所产生样品液体中的正磷酸盐根的浓度有关。此浓度是废水28中的正磷酸盐浓度的想象。然后可校准整个系统，以便使测量的吸收率标志废水28中的正磷酸根的浓度。
将来自检测装置12的排出物66收集于容器16中，它可在需要时从此排
取样室13的流动系统的上游可在任何时候通过用借助于系统14的运行从容器13进入槽54而输至汇合点4的已知正磷酸根浓度的专门参比液体63(仅示出其中一种)进行校正。当泵14运行时泵2停止，以便用槽54中的参比液体流取代来自取样室3槽24中的样品流。此外，该装置在校正期间按先前对样品流所说明的那样运行。这样，在通过在对参比液体63中的正磷酸根已知浓度进行的校准期间测得的相关的吸收率，完成了对整个检测装置、反应槽和泵的校准。
举例来说，如果反应槽的流动阻力可变，比如由于来自试剂的沉积物引起的阻力变化，系统性能所产生的任何变化都可以这类校准消除。以同样的方法，可对因磨损而产生的泵性能的改变进行校正。
以类似的方式，膜20的透过特性是由装置运行前的校准来估计，这种校准是通过将膜20与已知浓度的标准正磷酸盐溶液而不是废水28接触、使该系统就象在测废水时一样地运行，将测得的吸收率与标准溶液中的已知的正磷酸盐浓度相联系而完成的。
泵2、6、8、11和14是正排量泵，而控制电路70是为控制各泵的输送速度而运行的，以便保持样品和试剂液体流量之间的基本恒定的比。从而在此检测装置处达到样品流体和任何试剂流体之间的基本稳定的体积比。这将保证校准被保持。
此外，因为系统中每个单独的泵的流量可被精确地控制，所以样品液体的任何体积成分与相应的试剂液体体积的混合和所形成的混合体积成分通过检测器之间的时间消耗可基本上保持恒定。因此，不必要求该系统中的化学反应进行完全。用已知标准物进行的校准将保证连续产生有效的分析数据，即使在不完全反应的情况下也是如此。这使得系统的响应时间十分的短。
适宜类型的泵述于美国专利No.2,896,459；通过借助由适当的控制电路所控制的步进电动机来驱动泵则可以达到其运行的正确控制。可用其它类型的泵代替，而且甚至可用加压容器和控制或计量阀调整所产生的物流。
如果需要可用来自容器10的清洁液体60的冲刷来清洗该流动系统，清洁液体是用泵11经导管51输至汇合点4的。在此泵运行时所有其它的泵都停止。可进行此流动系统的校准和清洗而不必将此装置从分析位置移出。
图2b是样品产生室3的剖面图。该室包括装有膜20的槽限定装置或支撑物22。一般支撑物22为盘形，它以弯曲的凹槽25(见图2a)形成于邻近该膜20的表面26上。如其在使用中一样，紧贴地装在膜20上的带有凹槽25的支撑物22与膜协同，以限定固定形状和尺寸的流槽21，该槽是由膜的背侧确定的。
除了有凹槽25外在其上形成下凹的支撑物22的表面26是半球形的。另一方面，膜20是由平的板材制成，而且当将其装在支撑物22上时它将拉紧支撑物22的半球形表面。这种拉紧保证膜不因压力而离开支撑物22，在流槽21中当载体液体经其被泵送时是经常产生这种压力的。
如果发生了这种离开，则此弯曲的流槽21中的各种支管将由于膜和支撑物之间形成“无序的”流道而短路。这将带来校准的困难，因为部分流经过无序流道的液体将在一段停留时间中与膜20接触，此停留时间与全部沿流道21流动的液体部分所经历的停留时间是不同的。结果是“无序”流一般只有比“原来的”物流短的载带分析物的时间，从而引起室3校准时的明显变化。支撑物22的凸起的形状和被拉紧的膜20防止了这种情况。
如果与流槽21的体积相比，该流槽的形状具有相当大的被膜20覆盖的表面积的。如果，此凹槽为半园形，宽约1mm，而最大深度为约0.13mm，从而导致膜表面积与槽的体积之比约为11/mm。根据膜的弹性和几何学考虑，即使较浅的凹槽也是可以达到的。
在所有的要素中只有在允许离子和分子穿过膜迁移的材料中选择膜的材料。这一点可通过采用不渗透材料制成的膜，然后通过辐射对其打孔而达到(其中这类膜以商标Nuclepore在市场出售)，打孔可在膜中形成非常窄的通道。其它的适宜的半透膜是透析和渗透领域中普通技术人员所知的膜。
适宜的膜材料包括：乙酸纤维素、聚四氟乙烯、再生的乙酸纤维素、聚碳酸酯和聚酯。如Al2O3之类的陶瓷材料也是适宜的膜材料。
任选的是，该膜可用一种可渗透的保护性基片覆盖，它是以这样的方式放置的：该保护性基片与欲被分析的介质接触，即置于膜的前面或第一主表面27上。适宜的保护层例子是纤维层，如滤纸。这类覆盖可防止因膜在水中膨胀而引起的伤害或其它的有害效应。
膜的总厚度较好是约5-250μm，尤其是约25μm。膜中的微孔尺寸较好是约0.01-0.45μm，尤其是约0.025μm。这种小的微孔尺寸可防止脏的颗粒、细菌、真菌孢子、甚至可能是大的有机物分子进入流动系统，从而防止了在此分析系统中的持续的细菌活性。最好是选择这样膜的材料，条件是防止比分析物离子或分子尺寸大10倍或更大的颗粒从欲被分析的介质中迁移。
支撑体22装有贯通的腔52和24，它们将流槽21与流动系统的其它部分相连接。腔52通过泵2以便输送载体液体61，而腔24通过流动测试板15中的汇合点4。
图3是确定流动测试板15的部分的底板17的俯视图。
流动系统的主要部分以在底板17中的凹槽构成。底板17大致是盘形的，在其前面有中心的升高部分18，这已被示于该图中。凹槽系统50被连接到底板的中心部位18处。在使用时该底板被一块弹性板盖住(未示出)，该板盖住了整个中心部位18，而且该底板被装入取样单元3的凹口30中(见图2b)，装配方式是这样：将弹性板夹在底板17和支撑件22之间。这样，该弹性板起到了凹槽50的盖子或密封物的作用，从而将凹槽50系统转变成管路或槽的系统。因此，术语“凹槽”和“槽”在下文中可交替使用。从流动系统的其它部分到凹槽的连接通常借助于从前到后贯通底板的腔来完成。
来自取样室3的样品液体经腔24被导向底板17的背侧，然后沿此背(未示出)上的槽流到腔25。借助腔25使液体返回底板前侧，于此它在汇合点4进入反应槽或凹槽29。
凹槽系统50部分是三条分别在汇合点4和腔11a、14a和6a之间伸展的凹槽51、54和56。凹槽51经腔11a与泵11相连，凹槽54经腔14a与泵14相连，凹槽56经腔6a与泵b相连。因此，如果这些凹槽相应的泵运行，则它们将第一试剂液体(凹槽56)、参比液体(凹槽54)和清洁液体(凹槽51)送往汇合点。
反应凹槽29在汇合点和通到底板背侧的出口腔25之间延伸。在其伸展的途径上，它于第二汇合点9与凹槽58相遇，从此凹槽58伸展到将其与泵8相连的腔8a。第二汇合点9，是凹槽58开口进入反应槽29的点，与第一汇合点4是隔开的。
从附图很明显看到，凹槽的布局与图1的示意图相符。在汇合点4，样品流与第一试剂结合，而在汇合点9，它与第2试剂结合。图1中所述的反应产物产生，而同时流体沿反应槽29中的两段，在第一和第二汇合点之间和第二汇合点之后移动。
图3中未示出的检测装置被装在紧靠流动测量板底板17背侧，靠近腔59。适当地说，腔59和任何辅助的导向检测装置的导管都被认为是反应槽29的一部分，在液体沿这些导管流动的同时，任何化学反应的进行仍可影响检测装置所取的读数。
如图3中所示，凹槽51、54、56和58各有一靠近相应汇合点的狭窄部分和靠近相应的，将其与泵相连的腔的宽的部分，形成宽的部分为的是减少压力下降。图3中所示的其它细节是为安装和次要的目的，它们不是本发明的部分。
选择反应槽29的尺寸以保证组合流是薄的，而且Reynolds数Re低，较好是平均小于5。通过选择与所涉及的液体的粘度范围和本系统中所采用的流量范围相关的反应槽的横向尺寸来作到这一点。
Reynolds数Re由下式确定：
Re=(V*Dh)/V其中V是平均流速。Dn是载流槽的水力学直径，它由式Dn=4*(A/P)确定(A是槽的横截面积，而P是其周长)，而V是流体的动粘度。
例如，完成一个实际系统，其中反应槽以矩形凹槽在底板17中形成，深约0.4mm，宽约0.5mm，该槽用基本上平的，装在底板上的罩来封闭，导致水力学直径为Dn=0.44mm。样品和试剂液体基本上是水，在20℃温度下动粘度V=1004mm2/秒。反应槽中的流量选择在0和约45μl/分之间，导致流动速率V在0和3.75mm/秒之间。因此，该流的Reynolds数在0-1.64之间变动。
对于其它分析物的检测而言，该流动系统的总体设计及流动测量板15中的槽系统的机械布局通常必须专门适于在检测中所涉及的化学原理。这些适应包括设置另外的容器，用于另外试剂的泵和槽，调整部分的或全部的反应凹槽29的长度以及各汇合点的空间关系，以便有足够的物流反应时间，以及其它修正。
图4说明安装和划分本发明装置的多种可能的方式中的一种方式。图4的上部，就在罩42以下，以举例的方式展示了置于反应室43中的容器16,1和10，以保证自容器的任何泄漏都不干扰运行或甚至损害系统的其余部分。用于控制系统和接收/传递经系统外的信号转移通路72的输入和输出信号的控制电路70被置于反应室之下。泵2、6、8、11、14和检测器12位于控制电路70之下；取样或透析室3装在普通的外壳45的底上，外壳45盛所有的其它部件并被罩42紧紧地密封。
借助于系统外的信号转移通路72对系统提供能量和所有的信息(输入/输出)。比如来自系统的，代表废水中磷酸盐量的，由检测器读出的输出信号可在系统外的控制单元(未示出)计值，该单元与系统外的信号转换通路72相连，根据来自分析系统信号来控制废水厂。如果此量太高，则可立即启动降低测量量的所需步骤。以同样方法可通过系统外的信号转移通路将输入信号输至此系统，以便，比如，开始校准过程。

Claims (7)

1．一种用于分析流体介质，尤其是液体的装置，它包括：
-一个不透流体的外壳，它具有一被膜密封的开口，上述膜有第一和第二主表面并可使离子和分子在该表面之间迁移，使用时第一主表面与介质接触；和
在外壳中的槽形限定装置，它装有膜，以便限定至少一条由膜的第二主表面和槽限定装置所确定的流槽；其特征在于该外壳包围着：
-一个用于盛放载体流体的载体流体储存器；
-使产生经流槽的载体流体流，以使离子和和分子在介质和载体流体之间穿过膜迁移，借此将载体流体流转变成样品流体流而连接的载体泵装置；
-一条用于接受样品流体流的反应槽；
-至少一个用于盛放试剂流体的试剂储存器；
-至少一种将试剂流体流输到反应槽而连接的试剂泵装置；
-与反应槽连接的，用以检测反应产物的和产生相应的检测信号的检测装置；以及
-至少一个用于接收反应槽流体而连接的废物储存器。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于使泵装置运行而产生基本上不间断的流，以便在连续时间周期中的任何时刻作出对反应产物的正确检测。
3．根据权利要求1所述的装置，其特征在于为控制样品流体流和任何试剂流体流。将控制装置连接泵装置，使在该检测装置处提供样品流体和任何试剂流体之间基本恒定的体积比例。
4．根据权利要求1所述的装置，其特征在于相应于在反应槽中的流体的动粘度和在反应槽中的体积流量选择该反应槽的横截面积和横向尺寸，以便提供一种在反应槽中平均雷诺数小于5的物流。
5．根据权利要求1所述的装置，其特征在于运行期间在反应槽中的平均体积流量小于100μl/分。
6．根据权利要求1-5之中任意一项所述的装置，其特征在于废物储存器的体积容量足以进行至少30天的不间断运行。
7．前面任意一项权利要求所述的装置的用途，该用途包括使用所述的装置在现场实时地测量废水处理厂的处理水中的植物营养盐的浓度。
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Co-patentee before: Forster Cato Co.,Ltd.

Co-patentee after: Forster Cato Co.,Ltd.

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