CN113607718A - 一种用于采集海水闪光信号的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于采集海水闪光信号的装置包括：反应室，其通过蠕动泵将待测样品与臭氧收集到容腔内进行混合；光电倍增管，其对所述反应室内产生的光信号进行收集；臭氧发生器，其与所述蠕动泵连接，用于输出臭氧；控制模块，对所述光电倍增管输出的信号进行转换；其中，所述反应室外周设有保温层和光学密封层；所述蠕动泵设有用于与所述待测样品软管，该软管的外侧设有伴热层和紫外辐射层。本发明的装置操作简便快速，待测样品与海水的反应过程中无需添加任何的试剂，不会产生二次污染；另外本发明对待测样品进行预处理，具体是利用加热以及调节紫外辐射层的辐射强度，能够有效增强闪光信号的强度，提前过滤干扰信号。
Description
技术领域
本发明涉及海水化学发光、数据分析和海洋监测分析技术，具体地说是利用臭氧氧化海水产生化学发光，发光过程出现的闪光信号的采集。
背景技术
随着经济的发展，人们对海洋的开发不断深入，通常会采用臭氧氧化发光强度原理对海水中化学耗氧量进行测量。在海水的发光信号中会掺杂光照强度较强的闪光信号。现有技术中并没有对该闪光信号的采集、分析和应用。
综上，现需要设计一种用于采集海水闪光信号的装置及方法以解决现有技术中对海水中发光信号采集过程中对闪光信号的屏蔽和忽略。
发明内容
为解决上述现有技术中问题，本发明提供了一种用于采集海水闪光信号的装置及方法，有效地且完整的获取了海水中出现的闪光信号，对后期针对该闪光信号的研究提供了准确的数据支持。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于采集海水闪光信号的装置，包括：
反应室，其通过蠕动泵将待测样品与臭氧收集到容腔内进行混合；
光电倍增管，其对所述反应室内产生的光信号进行收集；
臭氧发生器，其与所述蠕动泵连接，用于输出臭氧；
控制模块，对所述光电倍增管输出的信号进行转换；
其中，所述反应室外周设有保温层和光学密封层；
所述蠕动泵设有用于采集所述待测样品的软管，该软管的外侧设有伴热层和紫外辐射层。
在本发明的一些实施例中，所述反应室内设有透气不透水膜，所述臭氧的进气口位于所述透气不透水膜的下方，所述待测样品的进液口位于所述透气不透水膜的上方。
在本发明的一些实施例中，所述装置还包括数据处理模块，其用于分析经所述控制模块转换后的闪光信号后生成闪光信号图谱。
在本发明的一些实施例中，所述闪光信号图谱用于表征平均信号强度、平均闪光强度、峰值信号强度、峰值闪光强度、基底信号强度、单位时间内信号图谱覆盖的面积、闪光信号覆盖的面积、闪光信号比例。
在本发明的一些实施例中，所述装置还包括气液分离模块和臭氧消解模块。
在本发明的一些实施例中，所述伴热层内设有电伴热带，该伴热层的温度范围是：28-32℃。
在本发明的一些实施例中，所述紫外辐射层的辐射波长为280-315nm的紫外光线；所述紫外辐射层的辐射强度范围是1.8-2.8J/m2。
在本发明的一些实施例中，利用上述装置采集海水闪光信号的方法包括以下步骤：
S1、对待测样品进行预处理；
S2、调节臭氧发生器的进气量，使得臭氧的浓度保持稳定；
S3、开启蠕动泵，控制所述待测样品和臭氧进入反应室内，所述待测样品与臭氧发生化学反应产生光信号；
S4、所述光电倍增管采集所述S3中的光信号；
S5、所述控制模块将闪光信号转换后传输到数据处理模块进行分析。
在本发明的一些实施例中，所述S2中臭氧的浓度范围是12-15mg/L；所述S4中的光电倍增管采集光信号的周期小于1ms。
在本发明的一些实施例中，所述S1中的预处理包括对所述软管的伴热层和紫外辐射层分别对所述待测样品进行加热和辐射。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明的装置操作简便快速，待测样品与海水的反应过程中无需添加任何的试剂，不会产生二次污染，可以在普通的室外环境中长期可靠工作，便携式适合于车载、船载、实验站、浮标及实验室等场合使用，能够对需要进行监测的海域进行现场、实时的监测；另外本发明对待测样品进行预处理，具体是利用加热以及调节紫外辐射层的辐射强度，能够有效增强闪光信号的强度，提前过滤干扰信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为所述用于采集海水闪光信号的装置的结构示意图。
图2为所述反应室的结构示意图。
图3为所述第一蠕动泵的连接结构示意图。
图4为实施例1的闪光信号图。
图5为实施例2的闪光信号图。
图6为实施例3的闪光信号图。
图7为对比例1的闪光信号图。
图8为对比例2的闪光信号图。
图9为对比例3的闪光信号图。
图10为对比例1的闪光信号图。
图11为对比例5的闪光信号图。
图12为配制溶液的发光信号图。
附图标记：100-数据处理模块；200-控制模块；300-光电倍增管；400-气液分离模块；500-臭氧消解模块；610-第一蠕动泵；620-第二蠕动泵；630-反应室；631-保温层；632-光学密封层；633-进液口；634-进气口；635-出口；636-透气不透水膜；640-软管；641-紫外辐射层；642-伴热层；700-待测样品；800-臭氧发生器；900-废液池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参照图1所示，一种用于采集海水闪光信号的装置，包括：
反应室630，其通过蠕动泵将待测样品与臭氧收集到容腔内进行混合；
光电倍增管300，其对所述反应室630内产生的光信号进行收集；
臭氧发生器800，其与所述蠕动泵连接，用于输出臭氧；
控制模块200，对所述光电倍增管300输出的信号进行转换；
其中，所述反应室630外周设有保温层632和光学密封层631；
所述蠕动泵设有用于采集所述待测样品的软管640，该软管640的外侧设有伴热层642和紫外辐射层641。
在本发明的一些实施例中，参照图2所示，对于反应室630，其内部设有透气不透水膜636；在反应室630的内壁上分别设有待测样品700的进液口633，臭氧的进气口634以及两者发生化学反应后的产物出口635。具体地，臭氧的进气口634设置在透气不透水膜636的下方，待测样品700的进液口633设置在透气不透水膜636的上方。
关于臭氧发生器800，其由空气过滤器、空气干燥器和空气泵及其控制驱动部分、臭氧发生电离室等组成，具体地，空气经过滤干燥后由空气泵送入臭氧发生电离室，然后被高电压激发产生高浓度臭氧，最后利用第二蠕动泵620送入反应室630。另外可以通过对空气的压力、温度进行监测反馈，控制可调高压发生器的电压输出，并配合对空气泵的控制，以保证产生臭氧的浓度和流量。
在本发明的一些实施例中，继续参照图2所示，反应室630外依次设有保温层631和光学密封层632。保温层631用于保持反应室630内的反应温度，光学密封层632是用于将反应室630密封成暗室，即能够便于光电倍增管300捕捉臭氧与待测样品产生的光信号，同时也避免了外界光源对待测光信号的影响。
对于光学密封层632可以采用不透光材料，具体可以选用不锈钢的金属板。另外为了增强光信号的强度，在不锈钢金属板的内侧粘贴有全反射膜，臭氧与待测样品产生的光信号在经过全反射膜的反射后能够毫无损失的被光电倍增管300所采集，使得后期处理的数据更加准确。
在本发明的一些实施例中，所述装置还包括气液分离模块400和臭氧消解模块500；通过出口635反应后的产物首先进入气液分离模块400，气体的部分传输到臭氧消解模块500对多余气体进行处理，另外的液体部分直接进入废液池900。
在本发明的一些实施例中，所述装置还包括数据处理模块100，其用于分析经所述控制模块200转换后的闪光信号后生成闪光信号图谱。
在本发明的一些实施例中，所述闪光信号图谱用于表征平均信号强度、平均闪光强度、峰值信号强度、峰值闪光强度、基底信号强度、单位时间内信号图谱覆盖的面积、闪光信号覆盖的面积、闪光信号比例。
在本发明的一些实施例中，参照图3所示，所述伴热层642内设有电伴热带，该伴热层的温度范围是：28-32℃。因为能够产生闪光信号的是藻类生物，而在待测样品经第一蠕动泵610进入到反应室630的过程中，将软管640外包裹伴热层642，能够有效保证藻类生物的活性，确保闪光信号的产生。
同样地，在伴热层642的上方，软管640的外侧包裹着紫外辐射层641，该软管640为透明材质，紫外辐射层641对软管640流经的待测样品进行照射，选择不同的辐射波长，可以抑制某些藻类的活性，从而提前过滤掉闪光信号的干扰信号。
在本发明的一些实施例中，利用上述装置采集海水闪光信号的方法包括以下步骤：
S1、对待测样品700进行预处理；
将伴热层642的温度控制在28-32℃，所述紫外辐射层641的辐射波长为280-315nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.8-2.8J/m2；
S2、利用臭氧发生器产生臭氧气体，调节臭氧发生器800的进气量，使得臭氧的浓度保持稳定；臭氧的浓度范围是12-15mg/L；
S3、开启蠕动泵，控制所述待测样品和臭氧进入反应室内；即利用流量为1.5-2L/min的第二蠕动泵620将臭氧送入反应室630内；所述待测样品700经过预处理后通过第一蠕动泵610送入反应室630，与臭氧发生化学反应产生光信号；
S4、所述光电倍增管300采集所述步骤S3中的光信号；光电倍增管300采集光信号的周期小于1ms；
S5、所述控制模块200将闪光信号转换后传输到数据处理模块100进行分析。
实施例1
在该实施例中，步骤S1中的伴热层温度为28℃，紫外辐射层641的辐射波长为280nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.8J/m2。
实施例2
在该实施例中，步骤S1中的伴热层温度为30℃，紫外辐射层641的辐射波长为295nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是2.3J/m2。
实施例3
在该实施例中，步骤S1中的伴热层温度为32℃，紫外辐射层641的辐射波长为315nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是2.8J/m2。
对比例1
与实施例2相对，该对比例中，步骤S1中的伴热层642温度为35℃，紫外辐射层641的辐射波长为280nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.8J/m2。
对比例2
与实施例2相对，该对比例中，步骤S1中的伴热层642温度为30℃，紫外辐射层641的辐射波长为250nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.8J/m2。
对比例3
与实施例2相对，该对比例中，步骤S1中的伴热层642温度为30℃，紫外辐射层641的辐射波长为360nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.8J/m2。
对比例4
与实施例2相对，该对比例中，步骤S1中的伴热层642温度为30℃，紫外辐射层641的辐射波长为280nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是3.5J/m2。
对比例5
与实施例2相对，该对比例中，步骤S1中的伴热层642温度为30℃，紫外辐射层641的辐射波长为280nm的紫外光线；所述紫外辐射层641的辐射强度范围是1.2J/m2。
实验例
将实施例1-3和对比例1-5的闪光信号进行采集，如图4-图11所示，并计算后闪光信号比例与基底信号强度如下表所示：
| 闪光信号比例/% | 基底信号强度/ nA | |
| 实施例1 | 60 | 10.05 |
| 实施例2 | 72 | 8.53 |
| 实施例3 | 65 | 11.45 |
| 对比例1 | 45 | 8.02 |
| 对比例2 | 30 | 20.24 |
| 对比例3 | 34 | 27.56 |
| 对比例4 | 45 | 15.42 |
| 对比例5 | 40 | 25.67 |
有上表可知，伴热层642温度的升高会降低闪光信号比例；且紫外光线的辐射波长过长或过短均会影响闪光信号比例，且增大基底信号强度即干扰信号增强，从而影响闪光信号的获取及后续的研究；另外紫外辐射层641的辐射强度过高或过低均会影响产生闪光信号和基底信号的藻类的活性，不利于后期利用光信号对藻类参数进行研究。初步研究认为，闪光信号与海水中藻类含量有关联。
参照图12所示，其为配制溶液中产生的发光信号，其中并没有产生闪光信号，图1至图11与其相比均有闪光信号产生。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明的装置操作简便快速，待测样品与海水的反应过程中无需添加任何的试剂，不会产生二次污染，可以在普通的室外环境中长期可靠工作，便携式适合于车载、船载、实验站、浮标及实验室等场合使用，能够对需要进行监测的海域进行现场、实时的监测；另外本发明对待测样品进行预处理，具体是利用加热以及调节紫外辐射层的辐射强度，能够有效增强闪光信号的强度，提前过滤干扰信号。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于采集海水闪光信号的装置，其特征在于，包括：
反应室，其通过蠕动泵将待测样品与臭氧收集到容腔内进行混合；
光电倍增管，其对所述反应室内产生的光信号进行收集；
臭氧发生器，其与所述蠕动泵连接，用于输出臭氧；
控制模块，对所述光电倍增管输出的信号进行转换；
其中，所述反应室外周设有保温层和光学密封层；
所述蠕动泵设有用于采集所述待测样品的软管，该软管的外侧设有伴热层和紫外辐射层。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应室内设有透气不透水膜，所述臭氧的进气口位于所述透气不透水膜的下方，所述待测样品的进液口位于所述透气不透水膜的上方。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据处理模块，其用于分析经所述控制模块转换后的闪光信号后生成闪光信号图谱。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闪光信号图谱用于表征平均信号强度、平均闪光强度、峰值信号强度、峰值闪光强度、基底信号强度、单位时间内信号图谱覆盖的面积、闪光信号覆盖的面积、闪光信号比例。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气液分离模块和臭氧消解模块。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述伴热层内设有电伴热带，该伴热层的温度范围是：28-32℃。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紫外辐射层的辐射波长为280-315nm的紫外光线；所述紫外辐射层的辐射强度范围是1.8-2.8J/m2。
8.根据权利要求1-7任一项所述的装置采集海水闪光信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对待测样品进行预处理；
S2、调节臭氧发生器的进气量，使得臭氧的浓度保持稳定；
S3、开启蠕动泵，控制所述待测样品和臭氧进入反应室内，所述待测样品与臭氧发生化学反应产生光信号；
S4、所述光电倍增管采集所述S3中的光信号；
S5、所述控制模块将闪光信号转换后传输到数据处理模块进行分析。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S2中臭氧的浓度范围是12-15mg/L；所述S4中的光电倍增管采集光信号的周期小于1ms。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S1中的预处理包括对所述软管的伴热层和紫外辐射层分别对所述待测样品进行加热和辐射。
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