TWI503531B - 一種量測流體中懸浮微粒與其他物質特性的方法 - Google Patents

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一種量測流體中懸浮微粒與其他物質特性的方法
本案係關於一種量測流體中懸浮微粒與其他物質特性的方法，尤其，本案係關於一種先透過近紅外光量測出流體中的懸浮微粒濃度，以扣除懸浮微粒對吸收光譜的影響，來定性及定量流體中其他物質濃度之方法。
水及廢水處理是人類在利用水資源的過程中無可迴避與忽視的處理程序，但為一種耗費大量人力、物力以及財力資源的程序。因此，即時獲取水及廢水的水質成份及其濃度等資訊，以提供即時、完整且有效的控制策略，來提升廢水處理系統之穩定性以及處理效率，已成為目前的研究重點。
目前即時水質監測技術有光學頻譜分析量測、Software sensor、人工智慧及統計等技術。其中利用光譜分析量測技術可取代多數水質分析實驗與傳統接觸式量測設備，以減輕分析時間過長與設備維護費用昂貴的問題。光譜分析量測技術在廢水水質檢測上大多以紫外光/可見光區段分光作為普遍運用之方法，再搭配硝化或藥品添加等方法，可量測化學需氧量、總有機碳、硝酸鹽類、總氮、金屬錯合物、懸浮微粒等水質項目。
現今的光譜分析量測技術多以吸收光譜為主。廢水中溶解性物質多以分子形態存在，特定波長的能量通過分子時會改變鍵結電子的能階，光能量會因此被吸收，使光譜上產生吸收峰，因此不同物質的分子、原子和特定官能基或發光團會造成吸收光譜的差異，可利用光譜特定波長來鑑定有機物及其結構，達到定性廢水成分的目的。
此外吸收的強度可以以兩個經驗公式來描述，Lambert’s Law係指光被吸收的程度與來源有關，Beer’s Law則是描述吸收作用和吸收分子的量呈正比，綜合兩者而得Beer-Lambert定律，並用於含有數個不相互作用的物質之溶液時，則可得到下列公式：Atotal =A1 +A2 +A3 +......+An =a 1 bc 1 +a 2 bc 2 +a 3 bc 3 +......+a n bc n
其中A為吸光度，a為莫耳吸光係數(L/mol．cm)，b為光徑長度(cm)，c為溶液濃度(mol/L)。透過上述公式以及定性分析出的結果，即可定量出數個不相互作用的物質各自的濃度。
然而水中懸浮微粒之吸收光譜，主要是散射作用所致，散射量大小則與其顆粒表面積、表面性質、顆粒尺寸以及濃度有關。其光散射將會阻擋光的前行而產生吸收值，使得其他物質解析不易，無法有效定性與定量廢水成分。另外量測懸浮微粒之方法，目前僅有水樣過濾的方式，但此方法需要人工採樣分析，不僅耗費人力及物力，並且無法即時獲取懸浮微粒濃度的資訊。
本案申請人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「一種量測流體中懸浮微粒與其他物質特性的方法」，以吸收光譜量測技術，進一步解析懸浮微粒的顆粒尺寸以及濃度與不同波長吸光度的關係，可將廢水中的懸浮微粒定量後，比對已建立好的資料庫，即可在扣除懸浮微粒吸光度的情況下，比對出其他物質的濃度，以改善懸浮微粒干擾光譜分析的問題。
為了克服懸浮微粒所提供的吸光度對於流體中物質濃度解析的困難，本發明以吸收光譜量測技術，首先從近紅外光吸光度判斷流體中是否存在懸浮微粒，再進一步藉由懸浮微粒於紫外光與可見光波段之吸收波峰偏移之特性，透過懸浮微粒顆粒尺寸與吸收波峰之波長的關係而獲得懸浮微粒的顆粒尺寸。透過其已知的顆粒尺寸，再解析只有懸浮微粒會有吸收峰的近紅外光波段，透過懸浮微粒濃度與吸光度的關係而獲得懸浮微粒濃度，最後透過該懸浮微粒濃度以及該顆粒尺寸，即可扣除懸浮微粒對整體吸光度的影響，進而能有效的分析流體中其他成分與其濃度值。
為了達到上述目的，本發明提出一種量測一流體中懸浮微粒濃度及粒徑尺寸的方法，該方法包括下列步驟：(a)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外光光譜、一可見光光譜以及一紫外光光譜；(b)提供一參考資訊，該資訊包括：該流體中複數懸浮微粒的吸收波峰之一波長與該複數懸浮微粒的複數粒徑尺寸的關係；該光譜資訊中吸光度與懸浮微粒濃度的關係；以及該光譜資訊中吸光度與該複數粒徑尺寸的關係；(c)基於該可見光光譜及該紫外光光譜收波峰之波長，以及該參考資訊，得出該流體中的該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸；以及(d)基於該近紅外光光譜的吸光度以及該參考資訊，得出該流體中的懸浮微粒濃度。
根據上述構想，其中吸收波峰的該波長會隨著該複數粒徑的尺寸變大而往長波長偏移。
根據上述構想，該流體包括一水體，其中該步驟(a)更包含：(a1)確認該光譜資訊中的該近紅外光光譜之吸光度是否 比純水高；(a2)若該近紅外光光譜之吸光度高於純水，表示該流體具有該複數懸浮微粒，若吸光度與純水相同，表示該水體不具有該複數懸浮微粒。
本發明另提出一種量測一流體中懸浮微粒濃度的方法，該方法包括下列步驟：(a)量測該流體的一近紅外光光譜；(b)提供一第一參考資訊，該第一資訊包括：該近紅外光光譜的吸光度與懸浮微粒濃度的關係；以及該近紅外光光譜的吸光度與該複數粒徑尺寸的關係；以及(c)基於該近紅外光光譜的吸光度以及該第一參考資訊，得出該流體中的懸浮微粒濃度。
根據上述構想，該步驟(a)更包括一步驟(a1)排除超過該近紅外光光譜的偵測極限之數據及低於該近紅外光光譜的偵測極限之雜訊。
根據上述構想，該流體還包括複數物質，且該步驟(c)更包括下列步驟：(c1)量測該流體的一吸收光譜；(c2)提供一第二參考資訊；(c3)比對該第二參考資訊以及懸浮微粒濃度，計算出該複數懸浮微粒對於該吸收光譜的一影響值；以及(c4)將該吸收光譜之數據減去該影響值後，比對該第二參考資訊，量測該複數物質之濃度。
根據上述構想，該影響值為該複數懸浮微粒之吸光度，而該第二參考資訊包括懸浮微粒濃度與該複數懸浮微粒之吸光度之間的一第一關聯；以及該複數物質之濃度與該複數物質之吸光度之間的一第二關聯。
本發明另提出一種量測一流體中複數懸浮微粒與複數物質的濃度的方法，該方法包括下列步驟：(a)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外光光譜；(b)提供一參考 資訊，該參考資訊包括該近紅外光光譜的吸光度與一懸浮微粒濃度的關係；以及該近紅外光光譜的吸光度與該複數懸浮微粒的複數粒徑尺寸的關係；(c)利用該流體中該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸、該近紅外光光譜以及該參考資訊，計算該流體中的該懸浮微粒濃度；以及(d)利用該懸浮微粒濃度、該複數粒徑尺寸、該光譜資訊以及該參考資訊，確定該流體中該複數物質的一濃度資訊。
根據上述構想，該光譜資料更包括一可見光光譜以及一紫外光光譜，且該步驟(b)更包括下列步驟：(b1)透過該近紅外光光譜，確認該流體中是否具有該複數懸浮微粒；以及(b2)透過該參考資訊以及該光譜資訊，取得該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸。
根據上述構想，該步驟(d)更包括下列步驟：(d1)利用該懸浮微粒濃度、該複數粒徑尺寸以及該參考資訊，計算出該流體中該複數懸浮微粒所提供的一第一吸光度；(d2)利用該第一吸光度以及該光譜資訊，計算出該光譜資訊之數據減去該第一吸光度後的一校正光譜；以及(d3)利用該校正光譜以及該參考資訊，計算出該複數物質濃度。
根據上述構想，該參考資訊更包括：該光譜資訊中該複數懸浮微粒吸收波峰之一波長與該複數粒徑尺寸的關係；以及該濃度資訊與該複數物質的吸光度之間的關係。
根據上述構想，該光譜資料包含一吸光度資訊以及一吸收峰資訊的一吸收光譜。
本案所提出之「一種量測流體中懸浮微粒與其他物質特 性的方法」將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然而本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態，熟習本技藝之人士仍可依據除既揭露之實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明之範圍。
本發明在進行光譜分析時，需要透過與一參考資訊的比對，才能產生所需的結果。該參考資訊是由複數個吸收光譜組成的資料庫所建立，該複數個吸收光譜包括一流體具有不同懸浮微粒濃度與不同懸浮微粒顆粒尺寸的吸收光譜，以及具有不同濃度之其他物質的吸收光譜。
本發明提供了建立該流體中懸浮微粒濃度以及顆粒尺寸與吸收光譜間的資料庫之一實施例1，該實施例1中使用了如表一的顆粒尺寸與濃度，來探討其對於吸收光譜所產生的影響。
請參閱第一圖(A)，為該實施例1中，粒徑為1.0μ m的懸浮微粒在不同濃度下的吸收光譜圖，隨著懸浮微粒的濃度增加，該流體的吸光度會明顯上升。請參閱第一圖(B)，為該實施例1中，粒徑為1.0μ m的懸浮微粒在不同濃度與吸光度的關係圖，其中在紫外光、可見光以及近紅外光波段各選一波長354nm、500nm以及978nm作為代表來分析。由圖可以發現，在固定粒徑大小以及固定波長的情況下，該流體的吸光度會隨著濃度的增加而線性遞增。請參閱第一圖(C)，為該實施例1中，懸浮微粒在不同粒徑與不同濃度下，對於波長為500nm的可見光之吸光值。由圖可以發現在固定波長時，吸光度皆會隨濃度增加而增加，表示不同粒徑之顆粒其吸光值與濃度的趨勢線斜率皆為線性關係，即可知曉該流體中懸浮微粒對於吸光度的影響。
在本發明中，以同樣的方式建立其他成分的資料庫發現，在近紅外光的波段僅有懸浮微粒為因本身濃度的不同，而影響該流體整體在近紅外光波段的吸光度。有機物與金屬離子分別以鄰苯二甲酸鈉以及鉻離子(Cr3+ )為例，請參閱第二圖(A)以及第二圖(B)分別為鄰苯二甲酸鈉以及鉻離子(Cr3+ )在不同濃度下的光譜圖，比較第一圖(A)、第二圖(A)以及第二圖(B)可以發現，近紅外光吸光度只會隨著懸浮微粒濃度的增加而上升，但是吸光度並不會隨著金屬離子的鉻離子(Cr3+ )以及有機物的鄰苯二甲酸鈉之濃度增加而上升，而會維持純水之吸光度。因此本發明可透過近紅外光波段的吸光度只受 懸浮微粒濃度以及粒徑影響的特性，可先利用近紅外光譜解析有關懸浮微粒濃度以及粒徑的資訊。
事實上，一流體的懸浮微粒濃度以及粒徑通常皆為未知，若要知道懸浮微粒對於該流體吸光度的影響，必須先確定懸浮微粒濃度及粒徑，再比對資料庫才可得知。請參閱第三圖(A)為相同顆粒數的懸浮微粒在不同粒徑下的光譜圖，由於粒徑大小不同，因此該流體中的懸浮微粒濃度會有所不同(顯示於表二)，導致顆粒尺寸越大而懸浮微粒濃度越高，所以吸光度越高。此外由圖可以發現在紫外光與可見光的波段，懸浮微粒吸收峰的波長會因懸浮微粒的顆粒尺寸變大，而往較長的波長移動。請與第一圖比較可發現，在相同顆粒尺寸不同懸浮微粒濃度的情況下，吸收峰並不會因濃度的改變有所偏移。因此斷定第三圖(A)中，該吸收波峰的偏移是受到粒徑的影響。
請參閱第三圖(B)為不同粒徑與吸收波峰的波長之關係。由實驗得知，紫外光與可見光波段吸收峰的前三個吸收波峰皆會隨著顆粒尺寸的增加而往長波長偏移。因此，可透過紫外光與可見光波段的吸收峰之波長，來確定該流體中懸浮微粒的顆粒尺寸，並藉由已知的顆粒尺寸再比對近紅外光波段的吸光度，即可量測出該流體中懸浮微粒濃度，最後比對懸浮微粒濃度以及顆粒尺寸，即可量測出懸浮微粒對於該流體所提供的吸光度。
請參閱第四圖，本發明提供一種量測一流體中複數懸浮微粒與複數物質的濃度的一實施例2，其步驟包括：(S41)提供一流體；(S42)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外光光譜以及一紫外/可見光光譜；(S43)提供作為一參考值的資料庫；(S44)透過近紅外光光譜確認是否有複數懸浮微粒；(S45)透過該參考值以及該紫外/可見光光譜，量測該懸浮微粒的複數顆粒尺寸；(S46)利用該流體中該複數顆粒尺寸、該近紅外光光譜以及該參考值，計算該流體中一懸浮微粒濃度；(S47)利用該懸浮微粒濃度、該複數顆粒尺寸以及該參考值，確定該流體中該懸浮微粒所提供的一第一吸光度；(S48)將該光譜資訊扣除該懸浮微粒所提供得該第一吸光度，計算出一校正光譜；(S49)透過該校正光譜以及該參考值計算出該流體中複數物質的濃度。此外在步驟S45確認並無該懸浮微粒時，則將該光譜資訊直接視為該校正光譜，並透過該參考值來計算該複數物質的濃度。
該實施例2中可應用於廢水分析。可將一廢水(步驟S41)先經過例如分光光度計等光譜分析儀器，該廢水經過近紅外光、可見光以及紫外光照射後，會有特定波長的光被廢水所吸收或散射，而產生一個作為光譜資訊的吸收光譜(步驟S42)，該吸收光譜會顯示不同波長所具有得不同吸光度。提供一個資料庫，該資料庫包括純水的吸收光譜、僅有懸浮微粒的溶液之吸收光譜以及其他單一成份的溶液之吸收光譜(步驟S43)，比較純水以及該廢水的吸收光譜，透過近紅外光波段中該廢水的吸光度與純水的吸光度是否相同，來確認該廢水中是否具有複數懸浮微粒(步驟S44)。
若該廢水在近紅外光波段的吸光度高於純水(步驟S44的 「是」)，則表示該廢水具有懸浮微粒。利用紫外/可見光波段該廢水的吸收波峰的波長，比對僅有懸浮微粒的水體之吸收光譜，即可量測出該廢水之懸浮微粒的複數顆粒尺寸(步驟S45)，再利用近紅外光對於該廢水的吸光度以及該複數顆粒尺寸，比對僅有懸浮微粒的水體之吸收光譜，即可量測出該廢水的懸浮微粒濃度(步驟S46)，由於懸浮微粒的該複數顆粒尺寸及濃度確定後，即可比對資料庫的資料，而知道該廢水中懸浮微粒在不同波段所提供的吸光度(步驟S47)，將該廢水的吸收光譜扣除懸浮微粒所提供的吸光度，可計算出該廢水若移除懸浮微粒後的一個作為校正光譜的虛擬吸收光譜(步驟S48)，該校正光譜的吸光度除了純水所提供的吸光度外，即為作為該複數物質的其他物質所提供的吸光度，可再透過資料庫的比對，經由各種運算法來定性定量該廢水中所有物質的成份以及濃度(步驟S49)。
若該廢水在近紅外光波段的吸光度與純水相同(步驟S44的「否」)，即表示該廢水中並無懸浮微粒，因此該光譜資訊並不受懸浮微粒的干擾，意即該光譜資訊就是已扣除懸浮微粒干擾的該校正光譜，可透過該校正光譜以及該參考值來定性定量定性定量該廢水中所有物質的成份以及濃度(步驟S49)。
在上述實施例的應用中，做為該參考值的資料庫，可具有下列五種功能，(1)從資料庫中獲得純水的吸收光譜，比對該廢水的吸收光譜，從近紅外光的吸收值大小確定該廢水中是否有懸浮微粒(步驟S44)；(2)從資料庫中獲取不同懸浮微粒該複數顆粒尺寸的吸收波峰之波長，比對該廢水的紫外/可見光吸收波峰，以確定懸浮微粒的該複數顆粒尺寸(步驟 S45)；(3)從資料庫中獲知該複數顆粒尺寸的不同懸浮微粒濃度之吸光度，從近紅外光波段的吸光度比對出懸浮微粒的濃度(步驟S46)；(4)就已知的該複數顆粒尺寸以及濃度，從資料庫中得出該廢水中懸浮微粒所提供的吸光度(步驟S47)；及(5)利用資料庫以及該校正光譜，比對該校正光譜的吸收波峰及吸光度，並透過特定演算法的計算，定性及定量出各種物質的濃度(步驟S49)。
在該實施例2中，步驟S49需透過特定的演算法來定性並定量該流體中該複數物質的濃度。演算的方式有很多種，本發明提供作為一實施例3的演算法供參考，其步驟包括(a)比對該廢水之吸收光譜以及資料庫，推估各波長可能存在之吸收成分(檢查該廢水吸收光譜，是否有波峰或波谷與資料庫成分相符，若有，則判斷該廢水含有該吸收成分)；(b)選取吸收成分的主要吸收峰，利用該波長的實際吸光度與該成分的吸光係數，計算推估濃度，並計算推估吸光度與實際吸光度的差值，若多成分中有差值為負之狀況，則取負值最大者重新推估吸光度，直至差值全為正為止，即可獲得定性分析的結果；(c)利用光譜特性資料庫，確認各成份間是否會相互影響，若有交互影響則比對資料庫，將該影響還原產生一還原光譜；(d)若該還原光譜具有單一吸收成分的連續波段，以波段較長者優先，依序檢查推估濃度(任選一測試波長，根據實際吸光度以及吸收係數，計算出修正濃度，確認該修正濃度之吸光度與實際吸光度差值全為負為止)；(e)若該還原光譜具有兩個吸收成分的連續波段，以波段較長者優先，依序檢查是否包含已計算過修正濃度的成分，若有，則參照步驟d去計算；若無，則利用線性規劃求解的方式修正兩個成分的 推估濃度(利用該連續波段的每一波長，計算兩成份推估值的加總吸光度與實際吸光度，以差值最大的波長及其相鄰四個波長進行線性規劃，再以最小化差值最大的波長之差值為目標函數規劃求解，最後將所得修正濃度重新計算吸光度差值，以確認最大吸光度差值小於分光光度計的偵測雜訊為止)；(f)若該還原光譜具有三個吸收成分的連續波段，以波段較長者優先，依序檢查是否包含已計算過修正濃度的成分，若有，則透過步驟d以及e去計算，若無，仍參照步驟e的方式，利用線性規劃求得三個成分的推估濃度；(g)依據步驟f的方式去檢查是否有四個以上吸收成分的連續波段，並進行運算，直至所有吸收成分都已修正；及(h)檢查修正濃度的加總吸光度是否與實際吸光度的差值小於偵測雜訊，若有大於雜訊之波段，則以步驟e的方式重新線性規劃來修正，直至差值全部小於偵測雜訊，即完成定量分析的動作。
在該實施例2中，若步驟S42所獲得的吸收光譜存在超過偵測極限或小於偵測雜訊的一無效吸光度時，則可於步驟S42以及步驟S43之間插入一步驟，以排除該無效吸光度，以避免影響後續定性定量分析的運算。此外作為一參考值的資料庫是一整個資料庫的內容之一參考資訊。
請參閱第五圖，本發明提供一種量測一流體中複數顆粒的尺寸的之一實施例4，其步驟包括：(S51)提供一流體；(S52)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外光光譜以及一紫外/可見光光譜；(S53)排除超過該光譜資訊的偵測極限之數據及低於該光譜資訊的偵測極限之雜訊；(S54)提供作為一參考值的資料庫；(S55)透過該近紅外光光譜確認是否有複數顆粒；(S56)透過該參考值以及該紫外/可見光光 譜，量測該複數顆粒的尺寸；及(S57)取得該複數顆粒的尺寸。此外在步驟S55確認並無該複數顆粒時，則可視該複數顆粒的尺寸為0。
該實施例4中可應用於廢水分析。可將一廢水(步驟S51)先經過例如分光光度計等光譜分析儀器，該廢水經過近紅外光、可見光以及紫外光照射後，會有特定波長的光被廢水所吸收或散射，而產生一個作為光譜資訊的吸收光譜(步驟S52)，該吸收光譜會顯示不同波長所具有得不同吸光度，其中可能會有一部分的吸光度超過該吸收光譜的偵測極限或低於該吸收光譜的偵測極限，因此將不在偵測極限範圍內的數據排除，以利後續分析(步驟S53)。提供一個資料庫，該資料庫包括純水的吸收光譜以及僅有懸浮微粒的溶液之吸收光譜(步驟S54)，比較純水以及該廢水的吸收光譜，透過近紅外光波段中該廢水的吸光度與純水的吸光度是否相同，來確認該廢水中是否具有作為該複數顆粒的懸浮微粒(步驟S55)。若該廢水的吸光度高於純水(步驟S55的「是」)，則表示該廢水具有懸浮微粒。利用紫外/可見光波段該廢水的吸收波峰的波長，比對僅有懸浮微粒的水體之吸收光譜，即可量測出該廢水的懸浮微粒的複數顆粒尺寸(步驟S56及步驟S57)。
若比對該廢水的吸光度在近紅外光波段與純水相同，即表示該廢水中無懸浮微粒(步驟S55的「否」)，亦可視懸浮微粒的顆粒尺寸為0，而取得懸浮微粒的顆粒尺寸(步驟S57)。
在上述實施例的應用中，做為該參考值的資料庫，可具有下列兩種功能，(1)從資料庫中獲得純水的吸收光譜，比對該廢水的吸收光譜，從近紅外光的吸收值大小，以確定該廢水中是否有懸浮微粒(步驟S55)；及(2)從資料庫中獲取不同 懸浮微粒顆粒尺寸的吸收波峰之波長，來比對該廢水的紫外/可見光吸收波峰，以確定懸浮微粒的該複數顆粒尺寸(步驟S56)。
在步驟S56中，由資料庫可以發現當懸浮微粒的該複數顆粒尺寸變大時，懸浮微粒的吸收波峰之波長會往長波長方向偏移，因此可將吸收波峰的波長作為依據，以計算該廢水中懸浮微粒的該複數顆粒尺寸。此外作為一參考值的資料庫是一整個資料庫的內容之一參考資訊。
請參閱第六圖，本發明提供一種量測一流體中懸浮微粒的濃度的一實施例5，其步驟包括：(S61)提供一流體；(S62)量測該流體的一近紅外光光譜；(S63)排除超過該光譜資訊的偵測極限之數據及低於該光譜資訊的偵測極限之雜訊；(S64)提供作為一第一參考值的資料庫；及(S65)利用該近紅外光光譜以及該第一參考值，計算該流體中懸浮微粒濃度。
該實施例5中可應用於廢水分析。可將已知懸浮微粒一粒徑尺寸的一廢水(步驟S61)先經過例如分光光度計等光譜分析儀器，該廢水經過近紅外光照射後，會有特定波長的光被廢水所吸收或散射，而產生一個近紅外光吸收光譜(步驟S62)，該近紅外光吸收光譜會顯示不同波長所具有的不同吸光度，其中可能會有一部分的吸光度超過該吸收光譜的偵測極限或低於該吸收光譜的偵測極限，因此將不在偵測極限範圍內的數據排除，以利後續分析(步驟S63)。提供一個作為第一參考值的資料庫，該資料庫包括僅有懸浮微粒的水體之吸收光譜(步驟S64)，再利用該粒徑尺寸，先找出與該粒徑尺寸相同，但不同懸浮微粒濃度的吸收光譜，經比對後，即可量測出該廢水的懸浮微粒濃度(步驟S65)。
在上述實施例的應用中，做為該參考值的資料庫，可從其中獲取該近紅外光光譜的吸光度與該懸浮微粒濃度以及懸浮微粒粒徑尺寸的關係，從中找出與該顆粒尺寸相同，但不同懸浮微粒濃度的吸收光譜(步驟S65)。
在該實施例5應用於廢水分析時，可於取得懸浮微粒濃度後，進一步定量該廢水中的複數物質，其步驟包括：(a)量測該廢水的一吸收光譜，該吸收光譜包括一紫外/可見光譜；(b)提供一個作為第二參考值的資料庫；(c)比對資料庫以及該懸浮微粒濃度與粒徑尺寸，即可獲得該懸浮微粒對於該吸收光譜的一影響值；及(d)將該吸收光譜之數據減去該影響值後，即可比對資料庫，透過如實施例3的特定演算法去量測該複數物質之濃度。
如上述實施例中，該影響值為該吸收光譜中該懸浮微粒所提供的吸光度，透過減去該影響值，即可取得純水以及該複數物質所提供的吸光度。此外作為一參考值的資料庫是一整個資料庫的內容之一參考資訊。
如上述實施例中，作為該第二參考值的資料庫，可具有下列兩種功能，(1)就已知的懸浮微粒粒徑尺寸以及濃度，從資料庫中取得該廢水的該影響值；及(2)利用資料庫以及減去該影響值的光譜資訊，比對該複數物質的吸光度與吸收波峰，來計算該複數物質的濃度。
以上所述實施例僅係為了方便說明而舉例，並非限制本發明。因此熟悉本技藝之人士在不違背本發明之精神，對於上述實施例進行修改、變化，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
S41~S49‧‧‧步驟
S51~S57‧‧‧步驟
S61~S65‧‧‧步驟
第一圖(A)為本案實施例1以粒徑為1.0μm的懸浮微粒在不同濃度下的吸收光譜圖；第一圖(B)為本案實施例1以粒徑為1.0μm的懸浮微粒在不同濃度與吸光度的關係圖；第一圖(C)為本案實施例1，懸浮微粒在不同粒徑與不同濃度下，對於波長為500nm的可見光之吸光值；第二圖(A)為鄰苯二甲酸鈉在不同濃度下的光譜圖；第二圖(B)為鉻離子(Cr3+ )在不同濃度下的光譜圖；第三圖(A)為相同顆粒數的懸浮微粒在不同粒徑下的光譜圖；第三圖(B)為不同顆粒尺寸與吸收波峰的波長之關係；第四圖為本發明的一實施例2之流程圖；第五圖為本發明的一實施例4之流程圖；以及第六圖為本發明的一實施例5之流程圖。
S41~S49．．．步驟

Claims (10)

  1. 一種量測一流體中懸浮微粒濃度及粒徑尺寸的方法，該方法包含：(a)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外光光譜、一可見光光譜以及一紫外光光譜；(b)提供一參考資訊，該資訊包括：該流體中複數懸浮微粒的吸收波峰之一波長與該複數懸浮微粒的複數粒徑尺寸的關係；該光譜資訊中吸光度與懸浮微粒濃度的關係；以及該光譜資訊中吸光度與該複數粒徑尺寸的關係；(c)基於該可見光光譜及該紫外光光譜收波峰之波長，以及該參考資訊，得出該流體中的該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸；以及(d)基於該近紅外光光譜的吸光度以及該參考資訊，得出該流體中的懸浮微粒濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中吸收波峰的該波長會隨著該複數粒徑的尺寸變大而往長波長偏移。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該流體包括一水體，其中該步驟(a)更包含：(a1)確認該光譜資訊中的該近紅外光光譜之吸光度是否比純水高；(a2)若該近紅外光光譜之吸光度高於純水，表示該流體具有該複數懸浮微粒，若吸光度與純水相同，表示該水體不具有該複數懸浮微粒。
  4. 一種量測一流體中懸浮微粒濃度的方法，該方法包含：(a)量測該流體的一近紅外光光譜；(b)提供一第一參考資訊，該第一資訊包括：該近紅外光 光譜的吸光度與懸浮微粒濃度的關係；以及該近紅外光光譜的吸光度與該複數粒徑尺寸的關係；以及(c)基於該近紅外光光譜的吸光度以及該第一參考資訊，得出該流體中的懸浮微粒濃度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，該流體包括一水體，其中該步驟(a)更包含：(a1)確認該光譜資訊中的該近紅外光光譜之吸光度是否比純水高；(a2)若該近紅外光光譜之吸光度高於純水，表示該流體具有該複數懸浮微粒，若該近紅外光光譜的吸光度與純水相同，表示該水體不具有該複數懸浮微粒。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，該流體還包括複數物質，步驟(c)更包含：(c1)量測該流體的一吸收光譜；(c2)提供一第二參考資訊；(c3)比對該第二參考資訊以及懸浮微粒濃度，計算出該複數懸浮微粒對於該吸收光譜的一影響值；以及(c4)將該吸收光譜之數據減去該影響值後，比對該第二參考資訊量測該複數物質之濃度。其中該影響值為該複數懸浮微粒之吸光度，而該第二參考資訊包含懸浮微粒濃度與該複數懸浮微粒之吸光度之間的一第一關聯；以及該複數物質之濃度與該複數物質之吸光度之間的一第二關聯。
  7. 一種量測一流體中複數懸浮微粒與複數物質的濃度的方法，包含：(a)量測該流體的一光譜資訊，該光譜資訊包括一近紅外 光光譜；(b)提供一參考資訊，該參考資訊包括該近紅外光光譜的吸光度與一懸浮微粒濃度的關係；以及該近紅外光光譜的吸光度與該複數懸浮微粒的複數粒徑尺寸的關係；(c)利用該流體中該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸、該近紅外光光譜以及該參考資訊，計算該流體中的該懸浮微粒濃度；以及(d)利用該懸浮微粒濃度、該複數粒徑尺寸、該光譜資訊以及該參考資訊，確定該流體中該複數物質的一濃度資訊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，該光譜資料更包含一可見光光譜以及一紫外光光譜，步驟(b)更包含：(b1)透過該近紅外光光譜，確認該流體中是否具有該複數懸浮微粒；以及(b2)透過該參考資訊以及該光譜資訊，取得該複數懸浮微粒的該複數粒徑尺寸。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，步驟(d)更包含：(d1)利用該懸浮微粒濃度、該複數粒徑尺寸以及該參考資訊，計算出該流體中該複數懸浮微粒所提供的一第一吸光度；(d2)利用該第一吸光度以及該光譜資訊，計算出該光譜資訊之數據減去該第一吸光度後的一校正光譜；以及(d3)利用該校正光譜以及該參考資訊，計算出該複數物質濃度。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，該參考資訊更包含：該光譜資訊中該複數懸浮微粒吸收波峰之一波長與該 複數粒徑尺寸的關係；以及該濃度資訊與該複數物質的吸光度之間的關係，而該光譜資料包含一吸光度資訊以及一吸收峰資訊的一吸收光譜。
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