CN114636747A - 物质检测装置、方法及液质监测设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供物质检测装置、方法及液质监测设备，装置包括：壳体形成有第一腔室、第二腔室及第三腔室；供注入第一溶液的第一腔室设置有第一电极；供注入待测溶液的第二腔室与第一腔室之间通过第一物质筛选层分隔；第三腔室设置有第二电极，与第二腔体室间通过第二物质筛选层分隔；第一电极和第二电极之间供施加预设电压。通过检测第二极性离子浓度以及溶液体积比，计算待测液样中对应待测物质的物质浓度。利用多个隔离腔室分别放置待测溶液及其它溶液，通过电极间电压作用和腔室间离子物质筛选层的作用，使待测溶液中的第二极性离子转移到其它溶液进行检测，可据以反算待测溶液相应物质浓度，避免干扰而一次检测得到结果，提升效率且准确。

Description

物质检测装置、方法及液质监测设备

技术领域

本申请涉及环保监测技术领域，尤其涉及物质检测装置、方法及液质监测设备。

背景技术

水质指标是用以评价水样特性及其功能性的重要参数，根据水质指标，可以对水体质量进行分级分类，评价风险和适度处理。

硝酸盐浓度是水质检测中的指标之一。例如，在地表水、地下水的硝酸盐浓度的测定中，可以通过对硝酸盐中的硝酸根离子（NO₃⁻）的浓度进行检测，从而得到硝酸盐的浓度。

通常，会通过紫外分光光度法来检测硝酸盐浓度。具体的，通过硝酸根离子在220纳米波长光处的吸光度而定量测定硝酸盐浓度。然而，溶解的有机物在220纳米波长处也会有吸收；因此，需要在275纳米波长处作再一次测量，两次结果相减以补偿消除有机物的干扰，无法一次检测到准确的硝酸盐浓度，导致检测效率低下。

发明内容

鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目标在于提供物质检测装置、方法及液质监测设备，以解决相关技术中物质检测时存在干扰物所导致的检测效率降低的问题。

根据本公开的第一个方面，提供一种物质检测装置，包括：壳体，内部形成有第一腔室、第二腔室及第三腔室；所述第一腔室，设置有第一电极，供注入第一溶液；所述第二腔室，供注入待测溶液；所述第二腔室与所述第一腔室之间通过第一物质筛选层所分隔，所述第一物质筛选层配置为允许待测物质的第一极性离子通过；所述第三腔室，设置有第二电极，供注入第二溶液；所述第三腔室与所述第二腔体室间通过第二物质筛选层所分隔，所述第二物质筛选层配置为允许待测物质的第二极性离子通过；所述第一电极和第二电极之间供施加有预设电压，以用于分别吸引第一极性离子和第二极性离子进入第一腔室和第三腔室；其中，所述第二溶液的第二极性离子浓度待检测；所述第二极性离子浓度、以及待测液样和第二溶液的体积比，用于作为待测液样中第二极性离子所对应待测物质的物质浓度的计算依据。

在第一方面的一些实施例中，所述待测物质包括硝酸盐，所述第二极性离子包括硝酸根离子。

在第一方面的一些实施例中，所述第二电极被配置为正极，所述第一电极被配置为负极；所述第一物质筛选层包括阳离子交换膜，所述第二物质筛选层包括阴离子交换膜。

在第一方面的一些实施例中，所述阳离子交换膜为一价阳离子交换膜，所述阴离子交换膜为一价阴离子交换膜。

在第一方面的一些实施例中，所述的物质检测装置包括：第一液位传感器，设于所述第三腔室，用于响应于感应到第二溶液的液位达到第一预设位置，生成第一感应信号输出；其中，所述第一预设位置对应于第二溶液达到第一预设体积；第二液位传感器，设于所述第二腔室，用于响应于感应到待测液样的液位达到第二预设位置，生成第二感应信号输出；其中，所述第二预设位置对应于第二溶液达到第二预设体积；其中，所述第三腔室供连通于第一动力单元；所述第一动力单元用于响应于所述第一感应信号，停止对所述第三腔室继续注液；所述第二腔室连通于第二动力单元；第二动力单元用于响应于所述第二感应信号，停止对所述第二腔室继续注液。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射单元和光接收单元分别设于所述第三腔室的相对侧壁。

在第一方面的一些实施例中，所述检测系统包括：与所述壳体分体的检测腔室，通过液管连通所述第三腔室以收纳第二溶液；所述光发射单元和光接收单元，分别设于所述检测腔室的相对侧壁。

在第一方面的一些实施例中，所述检测系统包括多对光发射单元和光接收单元；其中，多个所述光发射单元输出对应不同物质的不同波长的多种检测光信号。

在第一方面的一些实施例中，所述检测光信号的波长为以下一种：1）所述检测光信号的波长在220纳米~225纳米范围中；2）所述检测光信号的波长在225纳米~230纳米范围中；3）所述检测光信号的波长在230纳米~235纳米范围中；4）所述检测光信号的波长在235纳米~240纳米范围中。

在第一方面的一些实施例中，所述第一腔室、第二腔室及第三腔室分别设有气孔。

根据本公开的第二个方面，提供一种物质检测方法，应用于第一方面中任一项所述的物质检测装置；所述物质检测方法包括：对第一腔室注入第一溶液、对第二腔室注入待测溶液、及对第三腔室注入第二溶液；响应于第三腔室中的第二溶液达到第一预设体积，停止对第三腔室继续注液；响应于第二腔室中的待测液样达到第二预设体积，停止对所述第二腔室继续注入待测液样；对第一电极和第二电极施加预设电压，并维持预设时间；维持所述第三腔室中的第二溶液于第一预设体积；检测所述第三腔室中第二溶液的待测物质的第二极性离子浓度，并根据所述第二极性离子浓度、以及所述第一预设体积和第二预设体积之比，计算所述待测液样初始时的第二极性离子浓度并据此得到所述待测物质的物质浓度。

根据本公开的第三个方面，提供一种液质监测设备，包括：如第一方面中任一项所述的物质检测装置。

如上所述，本申请实施例中提供物质检测装置、方法及液质监测设备，装置包括：壳体形成有第一腔室、第二腔室及第三腔室；供注入第一溶液的第一腔室设置有第一电极；供注入待测溶液的第二腔室与第一腔室之间通过第一物质筛选层所分隔；第三腔室设置有第二电极，与第二腔体室间通过第二物质筛选层分隔；第一电极和第二电极之间供施加有预设电压。通过检测第二极性离子浓度以及溶液体积比，以计算待测液样中对应待测物质的物质浓度。利用多个隔离腔室分别放置待测溶液及其它溶液，通过电极间电压作用和腔室间离子物质筛选层的作用，使待测溶液中的第二极性离子转移到其它溶液进行检测，可据以反算待测溶液相应物质浓度，避免干扰而一次检测得到结果，提升检测效率且检测结果更准确。

附图说明

图1A展示本申请一实施例中物质检测装置的简化结构的原理示意图。

图1B展示本申请一实施例中检测系统的原理示意图。

图2展示本申请一实施例中物质检测装置的外形结构示意图。

图3展示本申请一实施例中物质检测装置的内部结构示意图。

图4展示图2中物质检测装置的安装液位传感器及一种示例性的检测系统后的结构示意图。

图5展示图2中物质检测装置的安装另一种示例性的检测系统后的结构示意图。

图6展示图5中检测系统的内部结构示意图。

图7展示本申请一实施例中物质检测方法的流程示意图。

图8展示本申请一实施例中自动化执行物质检测方法的智能电路系统的模块示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体示例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本申请所揭露的消息轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本申请中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本申请的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目标，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的表示中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的单元件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某单元件与另一单元件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种单元件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

虽然在一些示例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

目前，在水质中的例如硝酸盐的检测中，采用紫外分光光度法。由于在相同检测光信号波长（如220nm）处会受到有机物的干扰，导致需要在光波长相对差异较大（例如275nm）处再做一次检测，导致效率低下。并且，这种补偿性的检测方式已被记录于国家标准，故相关企业普遍都采用此检测方式。

鉴于此，在本申请实施例中可以提供物质检测装置，以能将所需检测浓度的离子（例如阴离子，比如能代表硝酸盐的硝酸根离子）引导至待测溶液以外的其它腔室进行浓度检测，以反算待测溶液中所述离子对应物质的浓度，从而避免了有机物干扰。

如图1A所示，展示本申请一实施例中物质检测装置的简化结构的原理示意图。

在图1A中，所述物质检测装置包括壳体10。所述壳体10内部形成有第一腔室101、第二腔室102、及第三腔室103。

所述第一腔室101中设置有第一电极104。在一些实施例中，所述第一电极104可以贴设于所述第一腔室101的一壁面，例如图中示例性的左侧的侧壁面。可选的，所述第一电极104可通过焊接、螺锁、卡合定位等方式得到固定。可选的，所述第一电极104的长度和/或宽度可以设置成覆盖所述侧壁面的部分或全部。所述第一电极104的材质可以例如为石墨或者惰性金属（如铂金、纯钛）等。所述第一腔室101具有液孔，在图1A中示例性地位于第一腔室101底部，可以被注入第一溶液。可选的，所述第一溶液可以是盐水，例如稀盐水。

所述第二腔室102具有液孔，在图1A中示例性地位于第二腔室102底部，供注入待测液样。所述第二腔室102和第一腔室101之间通过第一物质筛选层106所分隔。在一些实施例中，所述第一物质筛选层106配置为允许待测物质的第一极性离子通过。例如，所述第一物质筛选层106可以是阳离子交换膜，优选为一价阳离子交换膜，而选择第二腔室102的待测液样中的阳离子通过。若待测物质是硝酸盐，如硝酸钠等，则所述阳离子可以是一价的钠离子。

所述第三腔室103中设置有第二电极105。所述第二电极105可以贴设于所述第三腔室103的一壁面，例如图中示例性的右侧的侧壁面。可选的，所述第二电极105可通过焊接、螺锁、卡合定位等方式得到固定。可选的，所述第二电极105的长度和/或宽度可以设置成覆盖所述侧壁面的部分或全部。所述第二电极105的材质可以例如为石墨或者惰性金属（如铂金、纯钛）等。所述第三腔室103具有液孔，在图1A中示例性地位于第三腔室103底部，可被注入第二溶液。可选的，所述第二溶液可以是盐水，例如稀盐水。

在可能的示例中，所述第一腔室101、第二腔室102及第三腔室103可分别设有第一气孔108、第二气孔109和第三气孔110，用于减小腔室内压强，以便于注入液体。示例性的，所述第一气孔108、第二气孔109和第三气孔110可分别位于各自腔室的顶部，即远离腔室进液的液孔的侧壁。

所述第三腔室103和第二腔室102之间通过第二物质筛选层107所分隔。在一些实施例中，所述第二物质筛选层107配置为允许待测物质的第二极性离子通过。例如，所述第二物质筛选层107可以是阴离子交换膜，优选为一价阴离子交换膜，而选择第二腔室102的待测液样中的阴离子通过。若待测物质是硝酸盐，则所述阴离子可以是一价的硝酸根离子。

在自然水体的质检场景中，由于在自然水体中的有机物主要以腐殖质酸与富里酸的形式存在，在水中电离成为有机物阴离子与氢离子。这些有机物阴离子的分子量从几百到几千克/每摩尔不等。相应的，对应此场景，第二物质筛选层107优选采用一价阴离子交换膜，其截留分子量（Molecular Weight Cut Off，MWCO）在200左右，可以阻止绝大多数的有机物阴离子在正电极的电场力的作用下穿过一价阴离子交换膜，从而可以达到更佳的阻挡有机物阴离子的效果，降低有机物对第二极性离子的检测结果的干扰。类似原理，第一物质筛选层106采用一价阳离子交换膜，也可以起到相应截留有机物阳离子的效果。

由此，在可能的实现示例中，通过以第一电极104为负极，第二电极105为正极，在第一电极104和第二电极105之间可施加预设电压V（幅值可例如为0.4伏特~2伏特等），使得阳离子（如硝酸钠中的钠离子）被第一电极104所吸引，从第二腔室102通过第一物质筛选层106进入第一腔室101；使得阴离子（如硝酸盐的硝酸根离子）从第二腔室102通过第二物质筛选层107进入第三腔室103，由于第一物质筛选层106和第二物质筛选层107的存在，阴离子和阳离子以外物质例如有机物等会被阻挡进入第一腔室101及第三腔室103。

进一步的，所述第二极性离子浓度、以及待测液样和第二溶液的体积比，用于作为待测液样中第二极性离子所对应待测物质的物质浓度的计算依据。

可以理解的是，以阴离子为硝酸根离子为例，在施加所述预设电压于预设时间之后，待测液样中的硝酸根离子基本上都会转移到第三腔室103中的第二溶液。若待测液样进入第二腔室102后不再继续充液，则其中的硝酸盐的物质总量将不变，即硝酸根离子的总量不变。由此当全部的硝酸根离子转移到第三腔室103的第二溶液中，如果第二溶液和待测液样的体积比已知，例如b/c；设所述待测液样初始的硝酸根离子的浓度为x%；当硝酸根离子从待测液样全部转移到第二溶液中后，第二溶液的硝酸根离子的浓度为y%，根据硝酸根离子全部转移后总量不变可以得到b*x%=c*y%，进而可以得到x%=(c/b)*y%，可见，可以根据c/b和y%来计算得到待测液样中的硝酸根离子浓度x%，也可以由此而得到硝酸盐浓度。

因此，不同于相关技术对待测液样进行检测而会受到有机物干扰，本申请实施例中可以通过检测硝酸盐转移后的第二溶液的硝酸根离子浓度，进而反算离子转移前的初始的待测液样的硝酸盐浓度，完美避开待测液样中有机物的干扰，不必再进行两次检测以补偿计算。

需特别说明的是，以上例举的硝酸盐浓度检测只是所述物质检测装置的一种应用，在其它种类的所需检测的第二极性离子在检测时，会受到原待测液样中其它物质干扰的场景中，皆可以应用所述物质检测装置，而非以硝酸盐浓度检测为限。

另外，由于硝酸根离子是硝酸盐的必要特征，其浓度可以反映硝酸盐的浓度，因此相应选择需检测的第二极性离子为硝酸根离子，而其恰为阴离子。故可以理解的是，在其它实施例中，如果需要检测的第二极性离子为阳离子，也可以应用本申请实施例中的物质检测装置，也并非以上述为限制。

为得到第二溶液和待测液样的体积比，在一些实施例中，可以采用各种监测手段，如液位监测。比如，通过在第二腔室102、第三腔室103分别设置第一液位传感器111和第二液位传感器112。所述第一液位传感器111用于响应于感应到第二溶液的液位达到第一预设位置，生成第一感应信号输出；其中，所述第一预设位置对应于第二溶液达到第一预设体积。所述第二液位传感器112，设于所述第二腔室102，用于响应于感应到待测液样的液位达到第二预设位置，生成第二感应信号输出；其中，所述第二预设位置对应于第二溶液达到第二预设体积。

并且，配合于所述第一液位传感器111，可以设置第一动力单元114，第一动力单元114可以通过例如泵等实现。所述第一动力单元114可以用于对第三腔室103注入第二溶液，当检测到第二溶液的液位达到第一预设位置时，停止继续注液，以使得第二溶液能维持为第一预设体积。相似的，配合所述第二液位传感器112还可以设置第二动力单元115，例如可以通过泵等实现。所述第二动力单元115可以用于对第二腔室102注入待测液样，当检测到待测液样的液位达到第二预设位置时，停止继续注液，以使得待测液样能维持在第一预设体积。由此，当维持第二溶液在第一预设体积，待测液样在第二预设体积时，第一预设体积和第二预设体积的体积比已知，则第二溶液和待测液样的体积比可知。

在一些实施例中，为使第一溶液进入第一腔室101中维持一个稳定位置，避免液体从气孔溢出，所述第一腔室101也可以设置第三液位传感器113，并配合地设置用于对第一腔室101注液的第三动力单元116；当第三液位传感器113判断第一溶液达到一第三预设位置时，所述第三动力单元116停止继续注液。所述第三动力单元116可以通过泵等实现。

当然，在其它实施例中也可以通过其它方式确定各腔室中液体达到预设液位，例如，通过设置对应预设体积的预设刻度，并配合摄像装置以拍摄图像并经图像识别技术确定液位到达所述预设刻度；或者不使用摄像装置，也可以通过人工观察液位达到所述预设刻度的方式等，皆可以确定液体达到预设液位，故并非以上述液位传感器的方式为限。

在一些实施例中，所述第一液位传感器111、第二液位传感器112、第三液位传感器113可位于各自所在腔室的液孔至气孔之间。所述第一液位传感器111、第二液位传感器112、第三液位传感器113可以通过例如对射式光电传感器、超声波传感器等实现。

在一些实施例中，通过检测系统117，以检测所述第二溶液中第二极性离子的浓度。

可一并参考图1B所示，展示检测系统117的原理。示例性地，所述检测系统117包括：至少一对光发射单元118和光接收单元119，分别位于第二溶液M相对两侧。所述光发射单元118用于发出对应待测物质的波长的检测光信号，所述光接收单元119用于接收穿过第二溶液M的检测光信号并输出电信号。

在一种实施例中，所述光发射单元118和光接收单元119可以是设于所述壳体10并对应于所述第三腔室103，则图1B中的检测即为对第三腔室103中的第二溶液M进行原位检测以得到所述第二极性离子的浓度。示例性地，所述光发射单元118和光接收单元119设于所述壳体10的具体结构可以参考例如图4所示。

或者，在又一种实施例中，检测系统117与所述壳体10可以分体设置。例如，所述检测系统117包括：与所述壳体10分体设置的检测腔室，以及分别设于所述检测腔室的相对侧壁的光发射单元118和光接收单元119。所述检测腔室可通过液管连通所述第三腔室103（例如第三腔室103的液孔切换连通于所述液管）以收纳第二溶液M，则图1B中的第二溶液M可以是所述检测腔室内的液体。示例性地，与壳体10分体设置的检测系统117的具体实现结构可以参考例如图5所示。

再回到图1B中，所述检测系统117还可包括处理单元120，连接所述光接收单元119，用于根据所述电信号计算所述第二溶液M的第二极性离子浓度，并基于所述第二溶液M的第二极性离子浓度、以及待测液样和第二溶液M的体积比计算所述待测液样中第二极性离子对应待测物质的物质浓度。例如，之前示例中通过分光光度法检测得到y%，并根据x%=(c/b)*y%计算得到x%。

在一些实施例中，所述处理单元120可包括可以实施分光光度法的设备或相应处理电路。所述处理单元120可以获取光接收单元119根据接收的预设波长的检测光信号所转换的电信号，所述电信号对应于第二溶液M中第二极性离子（如硝酸根离子）对应检测吸光度。根据预设波长的检测光对第二溶液M的检测，以得到对应的吸光度而形成吸收光谱曲线，以分析计算得到第二溶液M中的第二极性离子浓度，并可根据上述算式x%=(c/b)*y%计算得到待测溶液初始时（即常态，未通电发生第二极性离子转移）的第二极性离子浓度（如硝酸根浓度），即得到相应的物质浓度（如硝酸盐浓度）。在可能的示例中，所述处理电路可以包括例如用于将模拟信号形式的所述电信号转换成数字信号形式的模数转换器，以及一或多个处理器（如FPGA或SoC）等。

在可能的实施例中，对应所需探测的物质，所述检测光信号的波长可示例性地选为以下一种：1）所述检测光信号的波长在220纳米~225纳米范围中；2）所述检测光信号的波长在225纳米~230纳米范围中；3）所述检测光信号的波长在230纳米~235纳米范围中；4）所述检测光信号的波长在235纳米~240纳米范围中。

示例性地，所述检测光信号的波长可以例如为220纳米，或者230纳米，235纳米等，可见通过单次检测即可得到检测结果。相比于相关技术中，需要先用220纳米紫外光先检测一次，再使用275纳米紫外光再检测一次并以第二次的检测结果补偿前一次的结果，以得到最终结果的方式而言，有效提升检测效率且检测结果更准确，且受到原待测液样的干扰（例如有机物干扰）更小而检测准确率更高。

需说明的是，图1A只是为了展示物质检测装置的原理的示意图，其尺寸并不受到图示中所限制。以下通过物质检测装置可能的具体结构实施例，以及相应图示，来说明物质检测装置的可能实现方式。

如图2所示，展示本申请一实施例中物质检测装置的外形结构示意图。

在图2中，所述物体检测装置的壳体20示例性地展示为长条形。可一并参考图3所示，在所述壳体20内，所述第一腔室201、第二腔室202、第三腔室203可以沿壳体20的宽度方向并排设置。第一腔室201设有第一电极204，第二腔室设有第二电极205。示例性地，所述第一电极204和第二电极205有一部分凸露于壳体20外，以利于连接电源。

第一腔室201和第二腔室202由第一物质筛选层206隔开，第二腔室201和第三腔室202由第二物质筛选层207隔开。所述第一腔室201、第二腔室202、第三腔室203的各自液孔2011、2021、2031位于壳体20底面，通过孔道连通于各自腔室；所述第一腔室201、第二腔室202、第三腔室203的气孔208、209、210位于壳体20的顶面，通过孔道连通于各自腔室。

如图2及图3中所展示，示例性地在壳体20侧壁上预设位置设有对应连通第三腔室203的第一孔位221、对应连通第二腔室202的第二孔位222、以及连通第三腔室203的第三孔位223。再如图4所示，第三孔位223设置第一液位传感器211以检测第二溶液液位，第二孔位222设置相应的第二液位传感器212，第三孔位223设置相应的第三液位传感器213；当通过各个动力单元分别向各所述腔室液体注入，注入的液体的液面随之向气孔方向升高并到达各液位传感器所在的位置，各液位传感器检测到液面并可相应输出感应信号，以用于触发动力单元停止继续注液。在图4中，所述第一液位传感器211、第二液位传感器212、第三液位传感器213可以示例性地通过对射式光电传感器实现，包括信号发射器和信号接收器。图4中所展示的是分别置入第一孔位221、第二孔位222、以及第三孔位223的液位传感器的信号发射器（如对射式光电传感器的光发射器等），在所述壳体20未显露的相对侧面上的位置还可以设置分别与第一孔位221对应的第四孔位（未图示）、与第二孔位222对应的第五孔位（未图示）、以及与第三孔位223对应的第六孔位（未图示），可参考图5中所展示的相对侧面，第四孔位至第六孔位可分别置入分别与第一信号发射器、第二信号发射器、第三信号发射器分别对应的第一信号接收器、第二信号接收器和第三信号接收器，第一信号接收器、第二信号接收器和第三信号接收器由图5中B所示意性地一并圈出。

在图2和图4中，所展示的是采用原位检测方式的检测系统，即检测系统包括设于壳体20的光发射单元218和光接收单元（未示出），以直接检测第三腔室203中的第二溶液的第二极性离子浓度。具体的，图2中示例性地展示了供设置检测系统的光发射单元218的第一检测孔224，并如图4所展示的所述光发射单元218置于所述第一检测孔224中。所述光发射单元218可以包括至少一个检测光发射器，例如紫外光源。当然，所述第一检测孔224设置在第三腔室203的一侧壁，而所述侧壁相对的另一侧壁也可设置与所述第一检测孔224的的位置对应的第二检测孔（未图示），可供设置所述光接收单元（未图示）。

在图4中，虽然展示了只有一个光发射单元218的示例，但是在另一些实施例中，可以理解的是，所述检测系统也可以包括多对光发射单元和光接收单元；其中，多个所述光发射单元输出对应不同物质的不同波长的多种检测光信号。例如，采用220nm波长的一个光发射单元，且采用235nm波长的另一个光发射单元等。

请一并参阅图5和参考图6，图6展示图5中与物质检测装置的壳体20分体设置的检测系统3的内部结构示意图。根据图6可见，所述检测系统3包括：检测腔室31，以及分别设于所述检测腔室31的相对侧壁的光发射单元32和光接收单元33。所述检测腔室31的下端形成液孔311，以供如图5中所示通过液管连通于第三腔室203，以吸取第二溶液。在可能示例中，可以通过所述第一动力单元执行相对于注液的反向操作（例如泵的电机反转），以从第三腔室203将第二溶液送至检测腔室31；或者，也可以通过第一动力单元以外的第四动力单元（泵实现）来执行从第三腔室203获取第二溶液至检测腔室31的动作。

结合上述实施例中所提供的物质检测装置，本申请实施例中还可以提供一种物质检测方法，以利用所述物质检测装置完成物质浓度检测。例如，完成对水样中的硝酸盐的检测等。

如图7所示，展示本申请一实施例中物质检测方法的流程示意图。

在图7中，所述物质检测方法的流程包括以下步骤。

步骤S401：对第一腔室注入第一溶液、对第二腔室注入待测溶液、及对第三腔室注入第二溶液。

在一些实施例中，可以分别通过第一动力单元、第二动单元和第三动力单元分别对各个腔室注入对应液体。

步骤S402：响应于第三腔室中的第二溶液达到第一预设体积，停止对第三腔室继续注液。

在一些实施例中，当设于第三腔室的第一液位传感器感应到第二溶液达到第一预设位置即对应为第一预设体积时，产生第一感应信号，由第一感应信号可以触发控制第一动力单元停止继续注液。

步骤S403：响应于第二腔室中的待测液样达到第二预设体积，停止对所述第二腔室继续注入待测液样。

在一些实施例中，与第三腔室注液相似的，当第二腔室的第二液位传感器感应到第二溶液达到第二预设位置即对应为第二预设体积时，产生第二感应信号，第二感应信号可以触发控制第二动力单元停止继续注液。

同理，也可以通过第一腔室的第三液位传感器来感应第一溶液达到第三预设位置，产生第三感应信号，第三感应信号可以触发控制第二动力单元停止继续注液。

步骤S404：对第一电极和第二电极施加预设电压，并维持预设时间。

在一些实施例中，所述预设时间可用于保障第二极性离子尽可能接近全部地转移到第三腔室中，以使最终检测结果准确。

步骤S405：维持所述第三腔室中的第二溶液于第一预设体积。

随着时间推移，由于正电极电解解离水分子（H₂O）而析出氧气（O₂），因此可能会造成第二溶液的液位下降，液位下降会导致第二溶液和待测液样的体积比发生变化，导致最终计算物质浓度不准确。因此在一些实施例中，在检测第二极性离子浓度前，可以再执行一次步骤S401和步骤S402，以维持第二溶液于第一预设体积。

步骤S406：检测所述第三腔室中第二溶液的待测物质的第二极性离子浓度，并根据所述第二极性离子浓度、以及所述第一预设体积和第二预设体积之比，计算所述待测液样初始时的第二极性离子浓度并据此得到所述待测物质的物质浓度。

在一些实施例中，可以利用检测系统以采用分光光度法检测得到第二溶液的第二极性离子浓度y%，第一预设体积和第二预设体积之比可以预先已知，例如1/2，则待测液样初始时的第二极性离子浓度x%=y%*1/2。第一预设体积和第二预设体积之比可以根据需求设置；如果比值大于1，则相当于第二溶液对第二极性离子进行了浓缩；如果比值小于1，则相当于第二溶液对第二极性离子进行了稀释。

在完成检测之后，可以将各腔室内的废液排出，以待下一次检测。

图7中的物质检测方法可以通过智能电路系统自动化地执行。

如图8所示，展示本申请一实施例中自动化执行物质检测方法的智能电路系统的模块示意图。

所述智能电路系统包括：

对应第三腔室的所述第一液位传感器501和第一动力单元502；

对应第二腔室的所述第二液位传感器503和第二动力单元504；

对应第一腔室的所述第三液位传感器505和第三动力单元506。

检测系统包括：至少一对光发射单元507和光接收单元508；以及处理单元509，连接所述光发射单元507和光接收单元508。

控制单元510，连接所述第一液位传感器501、第二液位传感器503、第三液位传感器505、第一动力单元502、第二动力单元504及第三动力单元506，并可与所述检测系统的处理单元509连接。示例性地，所述控制单元510可以包括一或多个处理器，例如FPGA、SoC等。

【注液】

示例性地，在进行一次物质检测流程时，控制单元510可以发送注液控制指令至第一动力单元502、第二动力单元504及第三动力单元506，以对相应腔室进行注液。并且，在接收到第一液位传感器501、第二液位传感器503、第三液位传感器505反馈的感应信号时，发出停止注液指令至第一动力单元502、第二动力单元504及第三动力单元506，以停止注液。此时，第二溶液为第一预设体积，待测液样为第二预设体积，两者之间处于预设体积比。

【施加电压】

通过对第一电极和第二电极施加预设电压，并持续预设时间。

【补液】

控制单元510对第一动力单元502再发出一次注液指令，以令第一动力单元502进行补液，并且控制单元510再根据第一液位传感器501的第一感应信号控制第一动力单元502停止补液，以维持所述第一预设体积。

之后进行浓度检测。

【第二溶液浓度检测】

对于原位检测方式，所述控制单元510可在预设时间的延时之后，发送检测指令至处理单元509，以触发所述处理单元509向光发射单元507发出工作信号，使光发射单元507出射检测光信号穿过第三腔室中的第二溶液而被光接收单元508所接收，光接收单元508输出相应电信号给处理单元509，所述处理单元509据以分析得到第二溶液中的第二极性离子浓度。

或者，对于分体式的检测系统的检测方式，所述控制单元510可以控制第一动力单元502将第三腔室的第二溶液泵出至检测系统的检测腔室，再发送检测指令至处理单元509以触发处理单元509控制光发射单元507出射检测光，且处理单元509根据光接收单元508输出的电信号分析得到第二溶液中的第二极性离子浓度。

【待测液样浓度计算】

处理单元509根据检测得到的第二溶液的第二极性离子浓度、以及所述预设体积比计算待测液样初始时的第二极性离子浓度，以得到所述待测物质的物质浓度。

需特别说明的是，图8中的电路系统实现只是一种示例，在具体应用中可以加以变化，例如模块之间的分离、组合、增加、删减等，并非以图8为限。例如，控制单元510和处理单元509可以集成在一起；又例如，控制单元可以包括多个相连以协同工作的处理器等。

本申请在再一些实施例中，还可以提供一种液质监测设备，包括：以上实施例中所述物质检测装置。在可能示例中，所述液质监测设备可以示例性地为水质监测仪等。

综上所述，本申请实施例中提供物质检测装置、方法及液质监测设备，装置包括：壳体形成有第一腔室、第二腔室及第三腔室；供注入第一溶液的第一腔室设置有第一电极；供注入待测溶液的第二腔室与第一腔室之间通过第一物质筛选层所分隔；第三腔室设置有第二电极，与第二腔体室间通过第二物质筛选层分隔；第一电极和第二电极之间供施加预设电压。通过检测第二极性离子浓度以及溶液体积比，以计算待测液样中对应待测物质的物质浓度。利用多个隔离腔室分别放置待测溶液及其它溶液，通过电极间电压作用和腔室间离子物质筛选层的作用，使待测溶液中的第二极性离子转移到其它溶液进行检测，可据以反算待测溶液相应物质浓度，避免干扰而一次检测得到结果，提升检测效率且检测结果更准确。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种物质检测装置，其特征在于，包括：

壳体，内部形成有第一腔室、第二腔室及第三腔室；

所述第一腔室，设置有第一电极，供注入第一溶液；

所述第二腔室，供注入待测溶液；所述第二腔室与所述第一腔室之间通过第一物质筛选层所分隔，所述第一物质筛选层配置为允许待测物质的第一极性离子通过；

所述第三腔室，设置有第二电极，供注入第二溶液；所述第三腔室与所述第二腔体室间通过第二物质筛选层所分隔，所述第二物质筛选层配置为允许待测物质的第二极性离子通过；

所述第一电极和第二电极之间供施加有预设电压，以用于分别吸引第一极性离子和第二极性离子进入第一腔室和第三腔室；

其中，所述第二溶液的第二极性离子浓度待检测；所述第二极性离子浓度、以及待测液样和第二溶液的体积比，用于作为待测液样中第二极性离子所对应待测物质的物质浓度的计算依据。

2.根据权利要求1所述的物质检测装置，其特征在于，所述待测物质包括硝酸盐，所述第二极性离子包括硝酸根离子。

3.根据权利要求1或2所述的物质检测装置，其特征在于，所述第二电极被配置为正极，所述第一电极被配置为负极；所述第一物质筛选层包括阳离子交换膜，所述第二物质筛选层包括阴离子交换膜。

4.根据权利要求3所述的物质检测装置，其特征在于，所述阳离子交换膜为一价阳离子交换膜，所述阴离子交换膜为一价阴离子交换膜。

5.根据权利要求1所述的物质检测装置，其特征在于，包括：

第一液位传感器，设于所述第三腔室，用于响应于感应到第二溶液的液位达到第一预设位置，生成第一感应信号输出；其中，所述第一预设位置对应于第二溶液达到第一预设体积；

第二液位传感器，设于所述第二腔室，用于响应于感应到待测液样的液位达到第二预设位置，生成第二感应信号输出；其中，所述第二预设位置对应于第二溶液达到第二预设体积；

其中，所述第三腔室供连通于第一动力单元；所述第一动力单元用于响应于所述第一感应信号，停止对所述第三腔室继续注液；所述第二腔室连通于第二动力单元；第二动力单元用于响应于所述第二感应信号，停止对所述第二腔室继续注液。

6.根据权利要求1所述的物质检测装置，其特征在于，所述第二溶液的第二极性离子浓度通过检测系统检测得到；

所述检测系统包括：

至少一对光发射单元和光接收单元，分别位于第二溶液相对两侧；所述光发射单元用于发出对应待测物质的波长的检测光信号，所述光接收单元用于接收穿过第二溶液的检测光信号并输出电信号；

处理单元，连接所述光接收单元，用于根据所述电信号计算所述第二溶液的第二极性离子浓度，并基于所述第二溶液的第二极性离子浓度、以及待测液样和第二溶液的体积比，计算所述待测液样中第二极性离子对应待测物质的物质浓度。

7.根据权利要求6所述的物质检测装置，其特征在于，所述光发射单元和光接收单元分别设于所述第三腔室的相对侧壁。

8.根据权利要求6所述的物质检测装置，其特征在于，所述检测系统包括：

与所述壳体分体的检测腔室，通过液管连通所述第三腔室以收纳第二溶液；

所述光发射单元和光接收单元，分别设于所述检测腔室的相对侧壁。

9.根据权利要求6所述的物质检测装置，其特征在于，所述检测系统包括多对光发射单元和光接收单元；其中，多个所述光发射单元输出对应不同物质的不同波长的多种检测光信号。

10.根据权利要求6或9所述的物质检测装置，其特征在于，所述检测光信号的波长为以下一种：

1）所述检测光信号的波长在220纳米~225纳米范围中；

2）所述检测光信号的波长在225纳米~230纳米范围中；

3）所述检测光信号的波长在230纳米~235纳米范围中；

4）所述检测光信号的波长在235纳米~240纳米范围中。

11.根据权利要求1所述的物质检测装置，其特征在于，所述第一腔室、第二腔室及第三腔室分别设有气孔。

12.一种物质检测方法，其特征在于，应用于如权利要求5所述的物质检测装置；所述物质检测方法包括：

对第一腔室注入第一溶液、对第二腔室注入待测溶液、及对第三腔室注入第二溶液；

响应于第三腔室中的第二溶液达到第一预设体积，停止对第三腔室继续注液；

响应于第二腔室中的待测液样达到第二预设体积，停止对所述第二腔室继续注入待测液样；

对第一电极和第二电极施加预设电压，并维持预设时间；

维持所述第三腔室中的第二溶液于第一预设体积；

检测所述第三腔室中第二溶液的待测物质的第二极性离子浓度，并根据所述第二极性离子浓度、以及所述第一预设体积和第二预设体积之比，计算所述待测液样初始时的第二极性离子浓度并据此得到所述待测物质的物质浓度。

13.一种液质监测设备，其特征在于，包括：如权利要求1至11中任一项所述的物质检测装置。

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