CN112161944A - 一种紫外-可见光度测定系统及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外‑可见光度测定系统及测定方法，其中紫外‑可见光度测定系统包括：稀释装置，包括至少两个串联的电磁比例阀，所述电磁比例阀按次序排列成至少两级稀释装置；比色组件，包括连续光程比色池、紫外光发射器以及紫外光检测器；所述连续光程比色池具有依次排列的不同光程长度的石英玻璃比色窗片；以及一个循环泵，将稀释装置稀释后的液体输送到比色组件的连续光程比色池内。本发明的装置结构简单、清洗方便、操作简便，测定方法自动化程度高，稀释准确，一次测定即可得到完整的标准曲线，并自动计算出待测组分的浓度和紫外吸光系数，极大地提高了以往人工紫外光度测定方法的效率。

Description

一种紫外-可见光度测定系统及测定方法

技术领域

本发明涉及一种自动紫外光度测定装置及测定方法，属于食品、药品、保健品、化妆品、医疗器械分析以及相关分析检测领域。

背景技术

在食品、药品、保健品、化妆品、医疗器械分析以及相关分析检测实验中，紫外分光光度法是一种常用的测定方法。凡是能发生σ→σ、π→π、n→σ、n→π电子轨道能级跃迁的化合物均具有紫外吸收，不同的化合物具有不同的紫外吸收特征波长。紫外分光光度法是一种紫外光透射测定方法，是根据Lambert-Beer定律，化合物在紫外特征吸收波长处的吸光度符合公式(1)：

式中，A为吸光度值，I₀为紫外入射光强度，I为紫外透射光强度，E为化合物的百分吸光系数或摩尔吸光系数，c为化合物的百分浓度或摩尔浓度，l为紫外透射光程。

由此可见，化合物浓度一定的溶液，其紫外吸光度与光程的长度成正比。在常规的紫外分光光度法试验中，通常采用光程为1cm的石英比色池，故测定的E_1cm ^1％和E_1cm ^mol即化合物在1cm光程比色池中测定的1％(g/100mL)浓度的吸光系数和1mol/L浓度的吸光系数是反映化合物紫外吸收强度的主要指标。常规的双光路紫外分光光度仪带有两个比色光路，一个透过1cm光程参比比色池，另一个透过1cm光程供试液比色池。测定时需要人工操作，首先将两光路均透过装有空白溶剂的1cm比色池，进行双光路差值校正，然后取供试液洗涤替换掉供试液比色池内的空白溶剂，以测定供试液的吸光度。在许多情况下采用外标一点法不能准确定量待测化合物浓度，需要采用标准曲线法，此时需要人工配制一系列浓度的标曲溶液，费时费力，且根据2015年版《中国药典》四部紫外-可见分光光度法通则，一般在吸光度在0.3～0.7范围为最佳测定范围，才能对化合物浓度进行准确定量，故紫外分光光度法测定时，需要将化合物配制成特定浓度的溶液，通常需要人工借助移液管、容量瓶进行1～3步稀释，对于未知其吸光系数的化合物，需要人工摸索出合适的浓度才能采用紫外分光光度法定量，其操作繁琐，费时费力。许多溶剂既具有挥发性又具有毒性，人工倾倒入比色池可能使供试液浓度发生变化，导致吸光度测定结果偏离真值，还可危害试验人员的健康。已有的“一种可变光程的比色装置”实用新型发明专利(公开号CN201289460Y)虽然实现了紫外光程可变，但其变化需要人工调节，对零件加工精度和调节的准确度要求很高，且未能实现紫外-可见分光光度法的自动测定。目前，国内外尚无一种能够实现紫外-可见分光光度法自动测定的安全装置及配套方法。

发明内容

本发明针对目前紫外-可见分光光度法人工测定的诸多困难，提供了一种紫外-可见光度法测定装置及配套的测定方法，可极大地提高以往人工测定紫外-可见吸光度的效率，并可以有效保护试验人员的健康。

为解决上述人工过滤的缺点，本发明采用的技术方案是：

一种自动紫外-可见光度测定系统，包括：

稀释装置，包括至少两个串联的电磁比例阀，所述电磁比例阀按次序排列成至少两级稀释装置；

比色组件，包括连续光程比色池、紫外光发射器以及紫外光检测器；所述连续光程比色池具有依次排列的不同光程长度的石英玻璃比色窗片；所述紫外光发射器发出可穿过不同光程长度的石英玻璃比色窗片的测量光；所述紫外光检测器接收穿出不同光程长度的石英玻璃比色窗片的测量光；

以及，

一个循环泵，将稀释装置稀释后的液体输送到比色组件的连续光程比色池内。

所述稀释装置还包括一个真空脱气机，该真空脱气机具有至少一个试液流路和至少两个稀释液流路，每个稀释液流路的出口对应连接一个电磁比例阀。

所述电磁比例阀为四个，分别为第一电磁比例阀、第二电磁比例阀、第三电磁比例阀和第四电磁比例阀；每一个电磁比例阀均有三个液体接口，分别为前一级母液的接入口、稀释溶剂的接入口和混合溶液的出口，其中第一电磁比例阀的母液接入口用于提取供试液，第四电磁比例阀的混合溶液出口与循环泵相连；所述真空脱气机的稀释液流路为四个，分别为第二流路、第三流路、第四流路和第五流路，第二流路、第三流路、第四流路和第五流路入口均连接稀释液。

在每一级电磁比例阀后端的管路中，都设置有一用于对流入管路中的液体进行混合的管路混合器。

所述管路混合器外部为细长圆柱体形状，内部由数个短圆柱体腔室串联而成，每个短圆柱体腔室之间由一对呈一定角度微微打开的半圆形隔片进行分隔，流经管路混合器的液体在短圆柱体腔室和半圆形隔片处可以形成不同的流速，发生轴向扩散，并且液体在半圆形隔片处可产生旋转，发生涡流扩散，依靠串联多级短圆柱体腔室，产生的轴向扩散和涡流扩散可以实现流经液体的充分混合。

所述管路混合器由两瓣预制的形状和结构相同的耐腐蚀PFA材料组件挤压在一起制成。

所述循环泵包括一具有腔体的泵体和位于腔体内的两个哑铃形的阀体，在泵体上设置有连通腔体的进液口和出液口，两个哑铃形的阀体设置在进液口和出液口之间围绕着中心轴并在腔体内旋转从而驱动管路内的液体流动。

本发明紫外-可见光度法测定装置及配套的测定方法，可以通过调整在线稀释倍数，使一次测定就得到化合物浓度的标准曲线，并可自动计算出待测同种化合物的浓度；还可对未知化合物进行精密在线稀释，使供试液的吸光度介于0.3～0.7之间，从而得到精准的吸光度值，并通过在线稀释倍数和未知化合物的初始百分浓度或摩尔浓度自动计算得到折算为1cm比色池的百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol，同时本发明的装置密闭性好，可有效保护试验人员的健康，材料耐腐蚀，溶剂适用度广，结构简单、清洗方便、操作简便，测定方法的自动化程度高，在线稀释准确，可以极大地提高以往人工测定紫外-可见吸光度的效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明采用了连续光程比色池，其预制了1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm共10种光程，通过电磁比例阀自动调节稀释倍数，一次测定就可以得到待测溶液的线性方程和相关系数，配套循环泵，实现了对于任意未知浓度的供试液的紫外-可见光度的全自动测定，效率远高于以往的人工紫外-可见测定方法。

二、本发明提供的连续光程比色池，其预制的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm十种光程，避免了以往的可变光程比色池仍需要人工调节的缺点，省时省力，且光程精准度高，比色池为石英玻璃材质，耐用性好，可反复超声清洗，久用之后依然能保证光程的精准度。

三、本发明的测定方法，可以依据测定结果自动调节稀释倍数，使连续光程比色池的1～10mm光程总有部分可以处于吸光度值的最佳测定范围。

四、本发明的连续光程比色池，最大光程为10mm，符合2015年版《中国药典》四部紫外-可见分光光度法通则的要求，同时光程覆盖1～10mm范围，适用性更广，便于使各种不同吸光系数或不同未知浓度的化合物溶液的吸光度值达到紫外-可见光度法的最佳测定范围。

五、本发明的紫外-可见光度法自动测定装置，操作简便、自动化程度高、清洗方便、体积小巧、功能丰富，供试液管、稀释液瓶、真空脱气机、电磁比例阀、循环泵、管路混合器、连续光程比色池之间均由耐腐蚀的PP材料管路密闭连接，其中供试液管、稀释液瓶和排液口均可设置在通风橱内，废液可专门收集，可有效保护试验人员的健康。

六、本发明的管路混合器，由两瓣预制的形状和结构相同的耐腐蚀PFA材料组件挤压在一起制成，其材质为半透明，方便观察，加工方便，其通过使流通的溶液发生多次不同方向旋转和涡流扩散，可达到优异的混合效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的比例阀串联结构放大示意图；

图3是本发明的循环泵前视结构示意图；

图4是本发明的比色组件结构放大示意图；

图5是本发明的管路混合器结构示意图；

其中：1.电磁比例阀一，(1-1.母液入口，1-2.混合出口，1-3.稀释液入口)，2.电磁比例阀二(2-1.母液入口，2-2.混合出口，2-3.稀释液入口)，3.电磁比例阀三(3-1.母液入口，3-2.混合出口，3-3.稀释液入口)，4.电磁比例阀四(4-1.母液入口，4-2.混合出口，4-3.稀释液入口)，5.真空脱气机，6.循环泵，7.稀释液瓶，8.供试液管，9.连续光程比色池，10.紫外光发射器，11.紫外光检测器，12.管路混合器(12-1、12-2均为管路混合器的预制件)，13.排液口，14.陶瓷阀体，15.螺纹接口，16.腔体，17.中心轴，18.紫外-可见光纤发射口，19.连续光程比色池螺纹接口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

如图1所示，本发明测定系统包括稀释装置、循环泵6以及比色组件。

稀释装置的结构参见图2，包括真空脱气机5和四个电磁比例阀(1，2，3，4)。真空脱气机5有五条液体流路，分别为流路5-1、流路5-2、流路5-3、流路5-4、流路5-5，其中流路5-1的入口连接供试液管，流路5-2、流路5-3、流路5-4、流路5-5的入口均连接稀释液瓶。真空脱气机的作用是通过负压使供试液和稀释液里的空气透过只能透过空气而不能透过液体的流动管壁而被排挤出来，保证稀释的精度，以及避免上述连续光程比色池内产生气泡影响测定的准确度。一般情况下，装置运行时首先开启此部分。

四个电磁比例阀(1，2，3，4)，按照次序依次排列成四级，每一个电磁比例阀均有三个液体接口，分别为前一级母液的接入口、稀释溶剂的接入口、混合溶液的出口，其中电磁比例阀1的母液接入口用于提取供试液，而电磁比例阀4的混合溶液出口与循环泵相连。四级电磁比例阀已经能够满足所有已知化合物的紫外-可见光度法的测定要求，足以使进入连续光程比色池的最终混合溶液的吸光度值处在紫外-可见光度检测器的最佳测定范围。

真空脱气机5的流路5-1的出口连接电磁比例阀1的母液入口(1-1)，流路5-2、流路5-3、流路5-4、流路5-5的出口分别连接电磁比例阀(1，2，3，4)的稀释液入口(1-3、2-3、3-3、4-3)，电磁比例阀1的混合出口(1-2)连接电磁比例阀2的母液入口(2-1)，电磁比例阀2的混合出口(2-2)连接电磁比例阀3的母液入口(3-1)，电磁比例阀3的混合出口(3-2)连接电磁比例阀4的母液入口(4-1)。

比色组件包括连续光程比色池9、紫外光发射器10以及紫外光检测器11。紫外光发射器10以及紫外光检测器11分别位于连续光程比色池9的两侧，见图4。

连续光程比色池由光程长度分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm的石英玻璃比色窗片依次排列在一起熔融定型而成，可以实现溶液一次流通后同时测定1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm光程的吸光度，从而自动计算出化合物吸光度-浓度的标准曲线方程。

紫外光发射器10发出穿过连续光程比色池9的紫外光，将光能投射在每一个不同光程的比色窗片内，紫外-可见光在透射过每一个光程比色窗片后，分别进入各自的信号接收窗片由紫外光检测器11接收。

循环泵6连接在电磁比例阀4的混合出口(4-2)与连续光程比色池9之间。循环泵的结构如图3所示，循环泵包括一具有腔体的泵体和位于腔体内的两个哑铃形的陶瓷阀体，在泵体上设置有连通腔体的进液口和出液口，两个哑铃形的陶瓷阀体设置在进液口和出液口之间围绕着中心轴并在腔体内旋转从而驱动管路内的液体快速流动。

如图5所示，管路混合器由两瓣预制的形状和结构相同的耐腐蚀PFA材料组件挤压在一起制成，其材质为半透明，方便观察，加工方便，其通过使流通的溶液发生多次不同方向旋转和涡流扩散，可达到优异的混合效果。

本发明系统的具体功能如下：

1.自动测定功能一：

此功能为自动测定百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol已知的化合物溶液的浓度。

步骤一：先将真空脱气机打开，取百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol已知的标准品，精密称定质量，完全溶解于一定体积的稀释液，加入所述供试液管，同时将四级电磁比例阀每一级的稀释液接口插入所述稀释液瓶，并加入足量稀释液，然后给装置输入已知的百分吸光系数E_1cm ^1％值或摩尔吸光系数E_1cm ^mol值、标准品称样量、初始溶液体积，装置会自动计算出标准品的初始浓度并预测出为在连续光程比色池的1～10mm光程内使吸光度值落在最佳测定范围所需的稀释倍数。

步骤二：装置中四级电磁比例阀先自动调整为100％通过稀释液，循环泵驱动稀释液进入连续光程比色池，测定每一个光程的空白稀释液吸光度值。随后，装置依据自动吸光度调整功能调节稀释倍数，每一级电磁比例阀的最大稀释倍数为10，若预测需要稀释1～10倍，则只需启用电磁比例阀一，其余各比例阀按100％通过母液；若预测需要稀释10～100倍，则启用电磁比例阀一和二，其余各比例阀按100％通过母液；以此类推，最大可实现稀释10000倍，最终使某些光程下的吸光度值落在最佳测定范围。然后，循环泵驱动混合溶液通过连续光程比色池，装置会自动扣除空白稀释液循环测得的空白值，得到每一个光程下吸光度的校正值，自动计算出线性方程和相关系数γ。

步骤三：将浓度未知的同种化合物溶液注入供试液管，装置依据自动吸光度调整功能调节稀释倍数，使该化合物的最终混合溶液在某一光程下的吸光度处于最佳测定范围。

步骤四：自动将该化合物的最终混合溶液在某一光程下的吸光度扣除空白值得到吸光度校正值，代入步骤二得到的的线性方程，即可计算出待测同种化合物溶液的初始浓度；也可采用外标一点法，将该化合物溶液与标准品溶液在某一相等光程下的吸光度校正值作对比，并根据公式(2)，计算出待测同种化合物溶液的初始浓度：

式中，C为待测同种化合物的初始浓度，C₀为标准品溶液的初始浓度，D_s为供试液的稀释倍数，D₀为标准品溶液的稀释倍数，A_s为供试液的吸光度值，A₀为标准品溶液的吸光度值。

2.自动测定功能二：

此功能为自动测定百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol未知的化合物溶液的浓度。

步骤一：先将真空脱气机打开，取百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol未知的标准品，精密称定质量，完全溶解于一定体积的稀释液，加入所述供试液管，同时将四级电磁比例阀每一级的稀释液接口插入所述稀释液瓶，并加入足量稀释液。

步骤二：装置中四级电磁比例阀先自动调整为100％通过稀释液，循环泵驱动稀释液进入连续光程比色池，测定每一个光程的空白稀释液吸光度值。随后，装置依据自动吸光度调整功能调节稀释倍数，每一级电磁比例阀的最大稀释倍数为10，若预测需要稀释1～10倍，则只需启用电磁比例阀一，其余各比例阀按100％通过母液；若预测需要稀释10～100倍，则启用电磁比例阀一和二，其余各比例阀按100％通过母液；以此类推，最大可实现稀释10000倍，最终使某些光程下的吸光度值落在最佳测定范围。然后，循环泵驱动混合溶液通过连续光程比色池，装置会自动扣除空白稀释液循环测得的空白值，得到每一个光程下吸光度的校正值，自动计算出线性方程和相关系数γ。

步骤三：将浓度未知的同种化合物溶液注入供试液管，本发明的装置依据自动吸光度调整功能调节稀释倍数，使该化合物的最终混合溶液在某一光程下的吸光度处于最佳测定范围。

步骤四：自动将该化合物的最终混合溶液在某一光程下的吸光度扣除空白值得到吸光度校正值，代入步骤三得到的的线性方程，即可计算出待测同种化合物溶液的初始浓度；也可采用外标一点法，将该化合物溶液与标准品溶液在某一相等光程下的吸光度校正值作对比，并根据公式(2)，计算出待测同种化合物溶液的初始浓度。

3.自动测定功能三：

此功能为自动测定化合物百分吸光系数E_1cm ^1％和摩尔吸光系数E_1cm ^mol功能。

步骤一：先将真空脱气机打开，取百分吸光系数E_1cm ^1％或摩尔吸光系数E_1cm ^mol未知的标准品，精密称定质量，完全溶解于一定体积的稀释液，加入所述供试液管，同时将四级电磁比例阀每一级的稀释液接口插入所述稀释液瓶，并加入足量稀释液。

步骤二：装置中四级电磁比例阀先自动调整为100％通过稀释液，循环泵驱动稀释液进入连续光程比色池，测定每一个光程的空白稀释液吸光度值。装置依据自动吸光度调整功能调节稀释倍数，使某些光程下的吸光度值落在最佳测定范围，并自动扣除空白稀释液循环测得的空白值，得到每一个光程下吸光度的校正值。然后，根据公式(3)和(4)自动计算出待测化合物的百分吸光系数和摩尔吸光系数：

式中，

为百分吸光系数，

为摩尔吸光系数，A为吸光度值，V₀为化合物的初始溶解体积(mL)，D为稀释倍数，W为化合物的称量(g)，M为化合物的摩尔质量，P为吸光度取值对应的光程(mm)。

4.自动吸光度调整功能：

先将真空脱气机打开，四级电磁比例阀均为100％通过母液，将任意浓度的供试液，在循环泵的驱动下进入连续光程比色池，测定其在1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm光程下吸光度，若任一吸光度正好处于最佳测定范围(一般为0.8以内)，则直接取值用于计算。若超出最佳测定范围(一般为≥0.8)时，装置自动根据上一级循环中测得的吸光度在每mm光程下的平均差值，预测出所需稀释倍数。如每mm光程下平均差值或最小光程(1mm)下的吸光度达5(一般检测器的最大响应值)，则采用最大稀释倍数，启用四级电磁比例阀并将每一级调整到最大稀释液比例，即达到10000倍稀释；如每mm光程下平均差值或最小光程(1mm)下的吸光度为4～5，则启用四级电磁比例阀，并对电磁比例阀四的稀释液比例在0％～99％之间调整；如每mm光程下平均差值或最小光程(1mm)下的吸光度为3～4，则启用电磁比例阀一、二、三，并对电磁比例阀三的稀释液比例在0％～99％之间调整；如每mm光程下平均差值或最小光程(1mm)下的吸光度为2～3，则启用电磁比例阀一、二，并对电磁比例阀二的稀释液比例在0％～99％之间调整；如每mm光程下平均差值或最小光程(1mm)下的吸光度为0.8～2，则启用电磁比例阀一，并对稀释液比例在0％～99％之间调整。上述调整足以满足使已知各种化合物溶液的吸光度处于最佳测定范围。

5.自动排空和自动清洗功能：

如图2所示，将5-1、5-2、5-3、5-4、5-5流路的入口全部脱离溶液，然后运行循环泵，使管路内的溶液可经排液口基本排放干净，实现自动排空功能。

将5-1、5-2、5-3、5-4、5-5流路的入口全部插入洗涤液中，然后运行循环泵，使管路内充满洗涤剂，经过一定时间的循环排放，实现自动清洗功能。

Claims (8)

1.一种紫外-可见光度测定系统，其特征在于，包括：

稀释装置，包括至少两个串联的电磁比例阀，所述电磁比例阀按次序排列成至少两级稀释装置；

比色组件，包括连续光程比色池、紫外光发射器以及紫外光检测器；所述连续光程比色池具有依次排列的不同光程长度的石英玻璃比色窗片；所述紫外光发射器发出可穿过不同光程长度的石英玻璃比色窗片的测量光；所述紫外光检测器接收穿出不同光程长度的石英玻璃比色窗片的测量光；

以及，

一个循环泵，将稀释装置稀释后的液体输送到比色组件的连续光程比色池内。

2.根据权利要求1所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，所述稀释装置还包括一个真空脱气机，该真空脱气机具有至少一个试液流路和至少两个稀释液流路，每个稀释液流路的出口对应连接一个电磁比例阀。

3.根据权利要求1所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，所述电磁比例阀为四个，分别为第一电磁比例阀、第二电磁比例阀、第三电磁比例阀和第四电磁比例阀；每一个电磁比例阀均有三个液体接口，分别为前一级母液的接入口、稀释溶剂的接入口和混合溶液的出口，其中第一电磁比例阀的母液接入口用于提取供试液，第四电磁比例阀的混合溶液出口与循环泵相连；所述真空脱气机的稀释液流路为四个，分别为第二流路、第三流路、第四流路和第五流路，第二流路、第三流路、第四流路和第五流路入口均连接稀释液。

4.根据权利要求1-3任一所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，在每一级电磁比例阀后端的管路中，都设置有一截用于对流经管路中的液体进行混合的管路混合器。

5.根据权利要求4所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，所述管路混合器外部为细长圆柱体形状，内部由数个短圆柱体腔室串联而成，每个短圆柱体腔室之间由一对呈一定角度微微打开的半圆形隔片进行分隔，流经管路混合器的液体在短圆柱体腔室和半圆形隔片处可以形成不同的流速，发生轴向扩散，并且液体在半圆形隔片处可产生旋转，发生涡流扩散，依靠串联多级短圆柱体腔室，产生的轴向扩散和涡流扩散可以实现流经液体的充分混合。

6.根据权利要求5所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，一对呈一定角度微微打开的所述半圆形隔片由耐腐蚀PFA材料组件挤压在一起制成。

7.根据权利要求1所述的紫外-可见光度测定系统，其特征在于，所述循环泵包括一具有腔体的泵体和位于腔体内的两个哑铃形的阀体，在泵体上设置有连通腔体的进液口和出液口，两个哑铃形的阀体设置在进液口和出液口之间围绕着中心轴并在腔体内旋转从而驱动管路内的液体流动。

8.一种基于权利要求1-7任一所述测定系统的测定方法，其特征在于，包括：

通过至少级串联的电磁比例阀，精确按照溶液的稀释倍速进行稀释；

通过比色组件的不同光程比色窗片检测混合溶液的吸光度值。

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