CN209911216U - 基于光谱分析的微型溶液pH检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，包括光源，光纤、微型采样装置、蠕动泵、光谱仪、温度传感器、控制器，所述光源通过光纤与微型采样装置相连接，所述微型采样装置通过光纤与光谱仪相连接，所述蠕动泵通过导管连接于微型采样装置和待测样本溶液之间，所述控制器分别与光谱仪和温度传感器相连接。该实用新型中的微型溶液pH采样装置，通过分析光谱信息，来预测溶液pH值，从而达到检测溶液pH值的目的，解决了国内在pH在线检测的问题，所述装置具有工作范围大，对外界pH值变化响应迅速等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及pH检测技术领域，具体为一种基于光谱分析的微型溶液pH检测装置。
背景技术
pH值是溶液中氢离子浓度的一种标度，也就是人们所熟知的溶液酸碱度的衡量标准。在环保、工业、医药和食品等行业的应用中，pH值是非常重要的参数。例如在环境保护中，pH值是控制污水和工业废水排放的一个重要指标。而在工业生产过程中，pH会对工业生产过程影响，且会直接影响到最终产品的质量，因此对于pH值进行连续在线监测显得非常重要，且pH值的测量和控制难度大，可以说是最困难的单维测控问题之一。
如专利号为201520602905.6，“基于吸收光谱的pH值快速在线检测装置”，虽然能够对电解质水溶液pH值的快速在线检测，且能够实时追踪溶液pH变化，实现连续的在线监测。但是该类方法中光学式pH传感器使用单一pH指示剂，通过检测溶液的光学参数变化来测量溶液的pH值，此方法在使用时受环境因素影响较大，测量范围和精度有限。
为了解决上述问题，本案由此而生。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有工作范围大，对外界pH值变化响应迅速，且受影响较小的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，包括光源，光纤、微型采样装置、蠕动泵、光谱仪、温度传感器、控制器，所述光源通过光纤与所述微型采样装置相连接，所述微型采样装置通过光纤与所述光谱仪相连接，所述蠕动泵通过导管连接于所述微型采样装置和待测样本溶液之间，所述控制器分别与所述光谱仪和所述温度传感器相连接。
所述微型采样装置中设有待测样本溶液通过的采样通道以及光路传输通道；所述采样通道上附着有敏感膜，采样通道的进出口成90度夹角关于敏感膜的中轴线对称设置，所述光路传输通道的中心线与敏感膜中轴线重合。
优选的，所述敏感膜通过中性防水胶水将敏感膜粘连于玻璃片上，玻璃片粘连于采样装置的反应腔上。
优选的，所述采样通道和光路传输通道的直径为1.8-2.5mm。
优选的，所述光源为卤钨灯。
优选的，所述控制器采用AM3354芯片。
优选的，所述光谱仪型号为USB2000+光谱仪。
其中，本方案的敏感膜的制备过程如下
(1)取适量的醋酸纤维素溶于DMF中，充分搅拌后置于超声波清洗器中振荡2min，再将溶液放在磁力搅拌器上60摄氏度下持续搅拌5h；
(2)配置适量体积固定摩尔比的正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸及去离子水混合溶液(前驱体)；
(3)将上述两种溶液进行混合并加入适量的刚果红，溴酚蓝、甲酚红及氯酚红四种指示剂，将混合溶液置于超声波清洗器中振荡5min是指示剂完全溶解；
(4)将(3)中所得的溶液继续在磁力搅拌器上于50摄氏度下搅拌直至形成均匀透明溶胶液，将溶胶液静置12小时进行发泡及老化处理；
(5)将溶胶液倒入采样装置中，抹均匀，在鼓风干燥箱中于70摄氏度下真空干燥，得到附着在采样装置上的敏感膜。
制备过程中各溶剂、溶液成分比：醋酸纤维素0.1g，混合指示剂8g(刚果红、溴酚蓝、甲酚红和氯酚红各2g)，DMF15ml，盐酸50ul(0.01mol/L),前驱体7.5ml(水：正硅酸乙酯：乙醇摩尔比＝4:1:2)。
(三)有益效果
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具备以下优点：
1、通过分析光谱信息，来预测溶液pH值，从而达到检测溶液pH值的目的，解决了国内在pH在线检测的问题，该装置具有工作范围大，对外界pH值变化响应迅速等优点。
2、采样通道的进出口成90度夹角关于敏感膜的中轴线对称设置，光路传输通道的中心线与敏感膜中轴线重合，很好的保证了待测液与敏感膜的充分接触，在一定程度能够加快颜色的显示速度，对于测量精度，重复性与稳定性及响应时间均有较大的提升。
附图说明
图1为本实用新型检测装置的结构框图；
图2为本实用新型微型采样装置的结构示意图。
图中：1光源、2微型采样装置、3光谱仪、4温度传感器、5控制器、6蠕动泵、11蠕动泵入口、12蠕动泵出口、13光纤入口连接、14光纤出口连接、15敏感膜、16玻璃片、17反应腔、18采样通道、19光路传输通道。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细阐述。
如图1-2所示：一种基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，包括光源1，光纤、微型采样装置2、蠕动泵6、光谱仪3、温度传感器4、控制器5，光源1通过光纤与微型采样装置2相连接，微型采样装置2通过光纤与光谱仪3相连接，蠕动泵6通过导管连接于微型采样装置2和待测样本溶液之间，控制器5分别与光谱仪3和温度传感器4相连接。
微型采样装置2中设有待测样本溶液通过的采样通道18，采样通道18上附着有敏感膜15，由于敏感膜15能够随着待测液pH值的变化，颜色发生改变，采样通道18的进出口成90度夹角关于敏感膜15的中轴线对称设置，很好的保证了待测液与敏感膜15的充分接触，在一定程度能够加快颜色的显示速度，且更为精确。光路传输通道19的中心线与敏感膜15的中轴线重合，实现光路与敏感膜15垂直接触。
其中敏感膜15能够随着溶液pH值的变化而发生颜色的变化，玻璃片16厚度为0.8mm，直径为8mm，微型采样装置2由大头和小头两部分拼接而成，大头和小头拼接处形成一反应腔17，玻璃片16设于反应腔17内，反应腔17为直径6mm，高度4mm的圆柱腔。
大头上设有蠕动泵入口11、蠕动泵出口12、光纤入口连接13，小头上设有光纤出口连接14，待测液通过蠕动泵入口11进入与敏感膜15的接触并从蠕动泵出口12通出。光纤入口连接13处进入光线，经敏感膜15后，能够随着溶液pH改变而发生颜色的变化，并由光纤出口连接14传出，并被光谱仪3接收。
进入光谱采样装置的光的光路经过敏感膜15的作用后，会由光纤传出，被光谱仪3接收，光谱仪3将光谱数据传输到ARM控制器5上，ARM控制器5同时会接收来自温度传感器4的信号。ARM控制器5根据温度传感器4的信号和光谱仪3的光谱数据即可以得到待测样本溶液的pH值。
利用光谱采集装置所获得的光谱信息对pH光谱模型进行训练和预测，实验结果表明，该装置测量精度为0.1pH，与传统pH玻璃电极相较具有较好的稳定性和重复性。
采样通道18和光路传输通道19的直径为1.8-2.5mm，该范围内的通道直径，在一定程度上检测进度较快，根据实现，2mm时的管道直径相比较而言检测进度更快。
敏感膜15通过中性防水胶水将敏感膜15粘连于玻璃片16上，玻璃片16粘连于采样装置的反应腔17上。胶水采用GLE-10胶水。
敏感膜15的制备过程如下
1、取适量的醋酸纤维素溶于DMF中，充分搅拌后置于超声波清洗器中振荡2min，再将溶液放在磁力搅拌器上60摄氏度下持续搅拌5h。
2、配置适量体积固定摩尔比的正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸及去离子水混合溶液(前驱体)。
3、将上述两种溶液进行混合并加入适量的刚果红，溴酚蓝、甲酚红及氯酚红四种指示剂，将混合溶液置于超声波清洗器中振荡5min是指示剂完全溶解。
4、将3中所得的溶液继续在磁力搅拌器上于50摄氏度下搅拌直至形成均匀透明溶胶液，将溶胶液静置12小时进行发泡及老化处理。
5、将溶胶液倒入采样装置中，抹均匀，在鼓风干燥箱中于70摄氏度下真空干燥，得到附着在采样装置上的敏感膜15。
制备过程中各溶剂、溶液成分比：醋酸纤维素0.1g，混合指示剂8g(刚果红、溴酚蓝、甲酚红和氯酚红各2g)，DMF15ml，盐酸50ul(0.01mol/L),前驱体7.5ml(水：正硅酸乙酯：乙醇摩尔比＝4:1:2)。
光源1为卤钨灯。控制器5采用AM3354芯片。光谱仪3型号为USB2000+光谱仪3，厂家为美国海洋光学公司。
本实用新型的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，所采用的各种功能模块和结构均为现有技术中已有的硬件产品，不涉及对软件方法的改进。
以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，其特征在于：包括光源，光纤、微型采样装置、蠕动泵、光谱仪、温度传感器、控制器，所述光源通过光纤与微型采样装置相连接，所述微型采样装置通过光纤与光谱仪相连接，所述蠕动泵通过导管连接于微型采样装置和待测样本溶液之间，所述控制器分别与光谱仪和温度传感器相连接；
所述微型采样装置中设有待测样本溶液通过的采样通道以及光路传输通道；所述采样通道上附着有敏感膜，采样通道的进出口成90度夹角关于敏感膜的中轴线对称设置；所述光路传输通道的中心线与敏感膜中轴线重合，敏感膜通过中性防水胶水将敏感膜粘连于玻璃片上，玻璃片粘连于微型采样装置的反应腔上。
2.根据权利要求1所述的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，其特征在于：所述采样通道和光路传输通道的直径为1.8-2.5mm。
3.根据权利要求1所述的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，其特征在于：所述光源为卤钨灯。
4.根据权利要求1所述的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，其特征在于：所述控制器采用AM3354芯片。
5.根据权利要求1所述的基于光谱分析的微型溶液pH检测装置，其特征在于：所述光谱仪型号为USB2000+光谱仪。
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| CN112748106A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-04 | 珠海市人民医院 | 一种用于内分泌物的酸碱性检测系统 |
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