CN109030377A - 具有改进的错误检测的色度分析仪 - Google Patents

Abstract

色度分析仪包括配置成接收样品和至少一种试剂的反应室。测量室可操作地耦合到反应室。色度分析仪具有照明源，照明源被配置为在第一吸光度测量期间发射第一波长的照明，并且在第二吸光度测量期间发射第二波长的照明。色度分析仪还包括与照明源间隔开的照明检测器，使得来自照明源的照明穿过测量室到达照明检测器。控制器耦合到照明源和照明检测器。控制器被配置为基于第一吸光度测量值和第二吸光度测量值来检测照明源和照明检测器之间的光的阻碍物。

Description

具有改进的错误检测的色度分析仪

背景技术

在线湿化学分析仪用于各种工业中以提供对过程样品中的分析物的连续指示。该连续指示可以由分析仪本地提供和/或远程地提供给一个或多个合适的设备，以便提供对化学过程的控制和/或监测。

在线湿化学分析仪的一个具体示例是在线自动色度分析仪。这样的设备被配置为在过程样品中产生反应，这相对于过程样品产生视觉指示。该视觉指示由光学传感器或光检测器测量，以提供相对于所述反应的指示。色度分析用于从医学实验室到工业废水处理设施的各种环境中。这种分析可以在有或没有酶促阶段的情况下使用，并且适用于检测无机和有机化合物。已知色度技术用于检测钙、铜、肌酸、铁、磷酸、胆固醇、葡萄糖、尿素、甘油三酯和二氧化硅。

自动色度分析仪的一个具体示例是在线二氧化硅分析仪，其使用已知的反应使过程样品中的二氧化硅易于被检测。这种反应的一个示例被称为钼蓝方法。在钼蓝方法中，使用钼酸盐(通常以钼酸钾的形式)与过程样品中的二氧化硅反应，以产生适于色度检测的化合物。根据钼蓝方法，基于通过湿化学过程形成的硅钼酸的颜色来测量水中的二氧化硅含量。钼蓝方法也可以用于磷、砷和锗的色度定性分析。

发明内容

色度分析仪包括配置成接收样品和至少一种试剂的反应室。测量室可操作地耦合到反应室。色度分析仪具有照明源，照明源被配置为在第一吸光度测量期间发射第一波长的照明，并且在第二吸光度测量期间发射第二波长的照明。色度分析仪还包括与照明源间隔开的照明检测器，使得来自照明源的照明穿过测量室到达照明检测器。控制器耦合到照明源和照明检测器。控制器被配置为基于第一吸光度测量值和第二吸光度测量值来检测照明源和照明检测器之间的光的阻碍物。

附图说明

图1是本发明的实施例特别有用的在线二氧化硅分析仪的示意图。

图2是根据本发明实施例的计算灵敏度比率的方法的流程图。

图3是根据本发明的实施例的在色度分析仪中检测光的阻碍物的流程图。

具体实施方式

色度检测方法可用于例如通过测量反应过程中反应混合物的吸光度来测量反应物、产物或反应的微量化合物的浓度。色度分析仪可用于任何连续过程，其中试剂与待测的连续液体流混合。在操作期间，将包含要测量的分析物的液体样品泵送或以其它方式输送到反应室中。然后可以将试剂提供到反应室中，与液体样品中的分析物形成复合物，从而使分析物易于被检测。然后将混合物泵送或以其他方式输送到测量室中并进行色度分析。可以根据Beer-Lambert定律使用检测到的复合物的吸光度来计算分析物的浓度。Beer-Lambert定律指出，分析物的吸光度可被测量为两个测量的光强度的对数比，其中I₀表示进入样品的光的强度，I表示离开样品的光的强度。然后可以根据计算的吸光度值确定分析物的浓度。Beer-Lambert定律表示如下，其中ε是摩尔吸光率，l是光通过的溶液的长度，c是浓度：

A＝log(I₀/I)＝εlc(等式1)

然而，为了精确计算分析物的浓度，吸光度值的重复性是必需的，这是因为浓度基于所计算的吸光度值。为了具有可重复的吸光度值，测量室需要在每个循环中被完全填充，使得来自照明源的照明可以完全穿过测量室内的混合物。当混合物不完全填充测量室并且将水/空气界面引入测量室中从而导致测量室内照明的阻碍物或至少部分阻碍物时，会出现问题。在这种情况下，进入室的光强度I0和离开室的光强度I可能会受到影响，从而导致不准确的吸光度值，这又导致浓度读数不准确。根据本发明的实施例，提供一种改进的色度分析仪，其可以检测测量室内的这种照明的阻碍物。

然而应当理解，本公开能够用于各种不同的色度测定中，仅为了解释的目的，将本发明的实施方案描述为它们将用于测试可溶性硅酸盐(二氧化硅)的存在。在发电厂中，这种硅酸盐的存在是不期望的，这是因为它们往往涂覆涡轮叶片。

在使用色度法进行二氧化硅测量期间，通常先将螯合试剂加入样品溶液中，形成复合物。在一个示例中，该螯合剂是MoVI的酸溶液，例如钼酸铵。然后，加入还原试剂以还原复合物，其使溶液变蓝。还原试剂的示例包括抗坏血酸和/或亚铁离子。然后进行例如蓝色溶液在810nm处的吸光度测量。然后使用测量的吸光度值计算二氧化硅的浓度。

图1是本发明的实施例特别有用的在线二氧化硅分析仪的示意图。分析仪100包括耦合到空气源104和泵106、108、110和112的控制器102。此外，控制器102还耦合到照明源114和照明检测器116。通常，每个泵106、108、110和112是蠕动泵，其使用蠕动动作来移动其各自的液体。对于样品和标准品(泵106和110)，腔体积通常为2.5mL，并且对于试剂(泵108)，腔体积通常为0.2mL。然而，任何合适的体积都可用于样品、标准品和试剂。此外，为了防止回流，设置有多个止回阀120。当需要混合样品/试剂/标准品时，控制器102使空气源104将一定量的空气泵送到反应室118中以在其中混合内含物。在合适的时间段之后，使用泵112将混合样品泵送到测量室122。一旦将混合样品提供到测量室122内，控制器102就使照明源116引导测量照明穿过混合样品到达检测器114。

在一个实施例中，照明源116能够产生多个波长的照明。例如，控制器102使照明源116将具有700纳米(nm)-1毫米(mm)的红外波长的照明引导到检测器114。随后，控制器102可以将具有400nm-700nm的可见波长的照明引导到检测器114。应当理解，根据本发明的实施例，照明源116可以引导各种波长的照明。然而，对于二氧化硅，针对第一测量，测量照明将基本上是波长约810nm的单色，并且针对第二测量，测量照明将基本上是波长约670nm的单色。根据已知技术，由检测器114检测到的照明提供样品中分析物的指示。一旦测量完成，用新鲜样品进行重复冲洗就将分别从测量室122和反应室118中移除处理的样品。

如果未完全用混合样品填充测量室122，则可以引入水/空气界面，从而导致测量室122内的照明阻碍物。进而，这可能导致不准确的读数。根据本发明的实施例，提供了一种改进的色度分析仪，其能够检测并移除源自阻碍物的错误测量。

图2是根据本发明实施例的计算灵敏度比率的方法的流程图。可以使用计算出的灵敏度比率来确定测量室122内是否存在阻碍物。应当理解，测量室内的阻碍物的确定可以由控制器102或耦合到分析仪100的任何其它合适的设备来确定。

方法200开始于框202，其中将混合样品泵送入测量室。方法200然后转到框204，其中照明源基于样品内要测量的分析物发射第一波长的照明。例如，对于基于二氧化硅的样品，在670nm和810nm处观察到两个吸光度峰值。因此，第一波长可以是810nm，如框214所示。备选地，第一波长可以是670nm，如框216所示。备选地，对于基于非二氧化硅的样品，应当理解，根据本发明的实施例，可以使用其它波长，如框218所示。

然后测量第一吸光度，如框206所示。方法200然后进行到框208，其中照明源116发射具有不同于第一波长的第二波长的照明穿过样品。例如，如果第一波长为670nm，则第二波长可以是810nm，如框220所示。备选地，如果第一波长为810nm，则第二波长可以是670nm，如框222所示。然而，对于基于非二氧化硅的样品，根据本发明的实施例，可以使用其它波长，如框224所示。

然后测量第二吸光度，如框210所示。随后，计算第一吸光度值和第二吸光度值之间的灵敏度比率，如框212所示。一旦计算出灵敏度比率，就使用灵敏度比率来确定是否存在阻碍物，如将在图3中所讨论的。

图3是根据本发明的实施例的在色度分析仪中检测光的阻碍物的流程图。方法302开始于框304，其中确定计算出的灵敏度比率是否小于阈值。对于基于二氧化硅的样品，一个优选的阈值为2.0，如框306所示。然而，对于基于非二氧化硅的样品，明确地预期可以根据本发明的实施例使用其它阈值，如框308所示。

如果确定灵敏度比率大于阈值，则方法302转到框310，其中色度分析仪正常操作。如果确定灵敏度比率小于阈值，则方法302转到框312，其中将浓度值与浓度阈值进行比较。在一个实施例中，基于用于计算灵敏度比率的第一吸光度值或第二吸光度值来外推浓度值，如图2所示。例如，基于用于计算灵敏度比率的810nm处测量的吸光度来确定浓度值。对于基于二氧化硅的样品，浓度阈值包括数值10亿分之(ppb)2000的，如框316所示。然而，对于基于非二氧化硅的样品，明确地预期可以使用其它浓度阈值，如框318所示。在一个实施例中，阈值和浓度阈值都存储在色度分析仪的控制器内的非易失性存储器中。

如果确定对应于第一吸光度或第二吸光度的浓度值大于浓度阈值，则方法302转到框314，其中，在一个实施例中，色度分析仪或在线二氧化硅分析仪正常操作。然而，如果浓度值小于浓度阈值，则方法302转到框320。

根据本发明的实施例，如果测量室内存在阻碍物，则进入混合样品的光强度和离开混合样品的光强度将改变，从而导致吸光度的变化，并且随后导致计算出的灵敏度比率的变化。通过将计算出的给定样品的灵敏度比率与预定义阈值进行比较并且将计算出的浓度值与浓度阈值进行比较，可以确定阻碍物的存在。

为了验证存在阻碍物，在框320中确定检测到光的阻碍物的次数。这可以包括：对于混合样品，确定计算灵敏度比率并且将灵敏度比率与阈值进行比较以及计算浓度值并将浓度值与浓度阈值进行比较的次数。在一个示例中，确定可以指示该过程总共进行了两次(如框322所示)或者该过程总共进行了任何其他次数(如框324所示)，从而指示存在或不存在光的阻碍物。如果确定该过程仅进行了一次，则该方法返回到框202，其中将样品泵送入测量室。当返回到框320时，可以确定针对混合样品，该过程进行了多次。然后，方法302可以进行到框326，其中向用户提供指示测量室内存在阻碍物的通知，从而允许忽略错误的测量。然后可以从测量室移除混合样品，如框328所示。

虽然已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将会认识到的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现形式和细节上的修改。此外，虽然已关于二氧化硅分析仪对本发明的实施例进行了一般描述，但是实施例可用任何色度分析仪(其中色度试剂在色度检测中具有固有的干扰并且不受化学影响)来实现。

Claims (17)

1.一种色度分析仪，包括：

反应室，被配置为接收样品和至少一种试剂；

测量室，可操作地耦合到所述反应室；

照明源，被配置为在第一吸光度测量期间发射第一波长的照明并在第二吸光度测量期间发射第二波长的照明；

照明检测器，与所述照明源间隔开，使得来自所述照明源的照明穿过所述测量室到达所述照明检测器；以及

控制器，耦合到所述照明源和所述照明检测器，所述控制器被配置为基于第一吸光度测量值和第二吸光度测量值来检测所述照明源和所述照明检测器之间的光的阻碍物。

2.根据权利要求1所述的色度分析仪，其中，所述光的阻碍物是所述测量室内的水/空气界面。

3.根据权利要求1所述的色度分析仪，其中，所述光的阻碍物是基于计算出的所述第一吸光度测量值与所述第二吸光度测量值之间的比率来检测的。

4.根据权利要求3所述的色度分析仪，其中，计算出的比率被配置为与所述样品特有的比率阈值进行比较。

5.根据权利要求4所述的色度分析仪，其中，所述控制器还被配置为：基于所述样品的浓度值与浓度阈值的比较来检测所述光的阻碍物。

6.根据权利要求5所述的色度分析仪，其中，所述控制器还被配置为：基于所述浓度值重复以下步骤：获得第一后续吸光度测量值和第二后续吸光度测量值、以及计算所述第一后续吸光度测量值与所述第二后续吸光度测量值之间的比率。

7.根据权利要求5所述的色度分析仪，其中，所述色度分析仪是在线二氧化硅分析仪。

8.根据权利要求7所述的色度分析仪，其中，所述第一波长为810nm，并且所述第二波长为670nm。

9.根据权利要求7所述的色度分析仪，其中，所述比率阈值包括数值2.0。

10.根据权利要求7所述的色度分析仪，其中，所述浓度阈值包括数值10亿分之2000。

11.根据权利要求1所述的色度分析仪，其中，所述控制器还被配置为：在检测到所述光的阻碍物时，向用户提供关于所述光的阻碍物的指示。

12.一种检测色度分析仪的照明源和照明检测器之间的光的阻碍物的方法，包括：

获得具有分析物的过程样品；

使所述分析物反应以提供色度可检测化合物；

在具有第一波长的照明下测量所述色度可检测化合物的第一吸光度；

在具有不同于所述第一波长的第二波长的照明下测量所述色度可检测化合物的第二吸光度；

计算所述化合物的所述第一吸光度和所述第二吸光度之间的比率；

将计算出的比率与阈值进行比较；

基于计算出的比率与阈值的比较，将浓度值与浓度阈值进行比较；以及

基于计算出的比率和所述浓度值与所述浓度阈值的比较，丢弃所述过程样品并重复以下步骤：获得过程样品、使分析物反应、测量第一吸光度和第二吸光度、计算比率、比较所述比率并比较浓度值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述色度分析仪在测量所述第一吸光度和第二吸光度中的一个吸光度之前测量所述第一吸光度和第二吸光度中的另一个吸光度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一波长为810nm，并且所述第二波长为670nm。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述比率阈值包括数值2.0。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述浓度阈值包括数值10亿分之2000。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于计算出的比率和所述浓度值与所述浓度阈值的比较来向用户提供关于所述光的阻碍物的通知。