專利名稱：便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定儀的制作方法
便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定儀技術領域化工儀表\光度計\溶液濃度測定。本發明涉及一種便攜式固定波長光度計，可進行二氧化氯溶液濃度的瞬時測定。
背景技術：
二氧化氯是當今最優秀的消毒劑，已為世所公認。其用途極廣在水處理 (包括飲水處理、生活污水處理、中水處理、工業廢水處理)、環境消毒、醫院消毒(包括皮膚 粘膜消毒、手術術野消毒、病房空氣消毒、醫院廢棄物及尸體處理)、油田水處理及疏堵、水 產養殖業、畜牧業、種植業(如種子處理、果蔬保鮮、蔬菜大棚空氣和土壤消毒)等環保、節 能、減排方面，以及在災害救助、戰爭軍事方面都有重要應用。二氧化氯本身是一種氣體，以水溶液的形式被使用。其水溶液不很穩定，通常是現 場生成，如通過二氧化氯發生器產生，或在現場由所謂“穩定性二氧化氯”溶液在“活化劑” 作用下發生活化反應而生成游離二氧化氯分子溶液。這兩種方式，分別稱為發生器形式和 藥劑形式。以藥劑形式為例，由于只有游離的二氧化氯分子具有消毒活性作用，而未活化的 所謂“穩定性二氧化氯”幾乎不具有此作用，故此類二氧化氯產品的品質取決于活化反應過 程，而關鍵在于所用的活化劑?，F在許多廠家仍采用一些低效活化劑，如檸檬酸或硫酸氫鈉 之類酸性物質。雖然加酸降低溶液的PH值可令“穩定性二氧化氯”轉化為游離的二氧化氯 分子，但檸檬酸等弱酸性物質的轉化率極低，通常0. 5小時內僅能將“穩定性二氧化氯”標 識量的百分之幾(約7% 10% )轉化為游離的二氧化氯分子。而過于延長活化時間，在 用戶現場的實際應用中又不很現實。這樣，用戶實際上只用到了相當于產品標識量百分之 幾的二氧化氯，當然根本達不到設計的使用效果，從而誤導了用戶，使其權益蒙受極大的損 害；同時也嚴重敗壞了二氧化氯的聲譽。水產養殖業的用戶對此感受尤深。在以下的敘述中，術語“二氧化氯”指的就是游離的二氧化氯分子，而不包括基本 上不具有消毒活性的所謂“穩定性二氧化氯”或其溶液。顯然，要規范二氧化氯產品，就必須制定產品的質量標準；其核心內容就是二氧化 氯的含量測定方法。不幸的是，目前甚至連現行國家標準中關于二氧化氯含量測定方法的 規定都是錯誤的1.長期以來“穩定性二氧化氯溶液”的國家標準中關于二氧化氯含量測定方法 的規定一直沿用常規的碘量法，即通過用硫代硫酸鈉回滴溶液中加入的碘離子被二氧化 氯氧化所生成的游離碘量而求出二氧化氯的量。但溶液中還同時含有大量其他氧化性物 質，它們氧化碘離子所生成的碘都被錯誤地當成二氧化氯所為。2007-06-01實施的新國標 20783-2006《穩定性二氧化氯溶液》中將二氧化氯含量的測定方法改為加丙二酸的碘量法1。丙二酸能屏蔽游離氯分子和次氯酸根的作用，但仍不能排除氯的其他含氧酸根以及其 他氧化性物質的干擾。2.更有甚者，在常規的碘量法以及加丙二酸的碘量法的測定過程中需要加入大量 硫酸，而硫酸是極強的酸，具有極強的活化作用；因此，此類方法的測定過程本身就伴隨著 活化過程，而這個活化過程所生成的二氧化氯原是不應計算在產品實際使用過程中所能產 生的真實的二氧化氯含量之內的2。因此，用現行國標方法測定二氧化氯藥劑產品中的二氧化氯含量必然造成二氧化氯含量“虛高”，使一些品質低劣的產品得以渾水摸魚。這種虛高，不是高百分之多少，而是 高幾倍、幾十倍。用二氧化氯發生器所產生的二氧化氯溶液產品的含量測定也面臨同樣的問題，因 為其中往往含有大量的有效氯，有的產品中二氧化氯的比例甚至不到一半；而那些有效氯 也都有可能被算作二氧化氯了?，F在大家終于逐漸意識到問題的嚴重性這是我國二氧化氯產業目前所面臨的生死攸關的問題。即將頒布的新國標中規定二氧化氯含量的測定采用五步碘量法或分光光度 法3。五步碘量法雖然在理論上堪稱嚴謹，但實驗操作卻甚為繁難，其操作過程需半小 時以上，無法用于瞬時測定；且精度和重復性都難以保證。一般實驗室尤其是基層單位很難 實施。分光光度法不但精度和重復性都較好，且操作極為快捷簡便。二氧化氯的特征吸 收峰為359nm，此處亞氯酸根離子、氯酸根離子、高氯酸根離子、三氯異氰尿酸和二氯異氰尿 酸鈉等都不產生干擾，但次氯酸根離子可產生干擾3。方赤光等建立了在430nm處測定 二氧化氯溶液吸光度的方法4。在430nm處可避開一切含有效氯的化合物可能帶來的干 擾。本發明人的實驗研究也表明，分光光度法是一個很優秀的方法，非常適合于二氧化氯溶 液濃度的瞬時測定，用以指導二氧化氯實際使用時所需濃度溶液的調配及稀釋。此法可謂 是控制二氧化氯產品品質乃至影響整個行業前途的關鍵所在。但是，分光光度法所需的分光光度計遠非所有的基層單位都具備，特別是在使用 現場，如食品飲水容器洗滌車間、養殖場、田間地頭、災害救助現場、環境消毒的現場，往往 連電源都沒有，更難使用一個分光光度計。而由于二氧化氯溶液不穩定，在使用中濃度不斷 變化，所以最好是隨時測定濃度，據此調節，以保證使用效果。但目前這幾乎毫無可能。因此，開發一種便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定的儀器，用以在使用現場實時 監控二氧化氯溶液的濃度，就顯得十分必要而迫切。這就是本發明的初衷。根據發明人的實驗研究成果，本發明采用特定波長下測定溶液吸光度的方法，從 而摒棄了分光的繁雜過程和相應的龐大沉重的硬件設施；采用電池供電，擺脫了對交流電 源的依賴。目前現有的類似儀器，都只能于水中余氯的測定5，而不適用于二氧化氯產品的 溶液中二氧化氯濃度測定以及生產中的在線測定。原因如下1.此類儀器進行測定時均需在待測溶液中加入特定的試劑以進行顯色反應，然后 才能進行吸光度的測定。顯色反應操作通常需要數分鐘至數十分鐘不等，故不適用于瞬時 測定。2.溶液中存在的許多其他物質如有效氯等，均可使溶液發生同樣頻譜的顯色反 應，因而此類方法缺乏選擇性和/或專一性，致使測定值虛高。3.此類儀器的測定范圍均在10mg/L以下，有的甚至在lmg/L以下，是極低濃度的 二氧化氯的測定方法，只適用于水中余氯或空氣中二氧化氯氣體含量的測定，而不適用于 二氧化氯藥劑配制時濃度高達200 1000mg/L甚至更高的溶液的測定。本發明則摒棄了所有加入特定試劑的方法，直接利用二氧化氯溶液在特定波長處 的吸收，實現了高度選擇性地瞬時測定溶液的吸光度，自動轉換并顯示為溶液中的二氧化氯濃度。359nm是二氧化氯的特征吸收峰位置，而430nm則處于峰麓，所以359nm處的吸收比430nm處的吸收強得多。溶液中二氧化氯濃度很低時，430nm處的吸收很微弱，吸光度數 據不可靠。但此時359nm處仍有頗大的吸光度。故359nm處可用于水中二氧化氯濃度甚低 的情況下，例如水中余氯的測定。發明內容本發明為一個便攜式固定波長的光度計，用于測定二氧化氯溶液在特定波長處的吸光度并據此轉換為溶液中二氧化氯的濃度或含量。儀器的主要部件有1.單色光源；2.比色皿；3.感光器件；4.模數轉換和數據處理芯片；5.顯示、控制面板和外殼；6.電源及穩壓系統。絕對的單色光幾乎是不存在的，絕對的單色光源幾乎是不可能的。人們實際上使 用是頻譜范圍很狹窄的近似單色光。在本發明專利說明書、說明書摘要和權利要求書中，術 語“單色光”、“單色光源”分別表示近似單色光及其光源。單色光源可有多種實現方式用指定波長的激光器；用指定波長的發光二極管 LED ；光源通過指定通透波長范圍的濾色器等。兼顧性能、體積、質量和成本等指標是選擇的 依據。光源發出的光在到達比色皿內的溶液之前，還可以用光學器件聚集成平行光束或 近似平行光束，以改進儀器的精度和穩定性。本發明所選用的單色光的峰值波長有兩種430nm及359nm，分別用于二氧化氯藥 液濃度的測定和水中余氯的測定。光束的頻譜寬度范圍為士 Inm 士20nm之間。若過窄 將使光通量不足，信號太弱，而過寬則單色性變差，影響測定的專一性。實驗研究表明，以上 頻譜寬度范圍是合適的。359nm處有有效氯的吸收，所測結果并非純為二氧化氯的表現；但 因余氯測定本來就應當包括有效氯在內，故所測結果正好能較為準確地反映水中的余氯水 平。本發明之儀器的型號按其單色光源的峰值波長分類，可有以下三類1.具有峰值波長為430nm的單色光源，用于二氧化氯藥液的濃度測定；2.具有峰值波長為359nm的單色光源，用于水中余氯的測定；3.同時具有峰值波長為430nm及峰值波長為359nm的兩種單色光源，可根據使用 需要，通過對光源的切換選擇而實現以上兩種用途中的任意一種。切換的方法擬另案申請 實用新型專利。比色皿可以是俯視截面投影為圓形、方形或矩形的液槽，用光學玻璃、石英或光學 樹脂制作，其光路通過的部分應厚度均勻，表面光潔度達到光學儀器的要求，清澈透明。用 于峰值波長為359nm光源測定的比色皿必須用能透過紫外波段光線的石英或光學樹脂制作。感光元件可采用任何一種在一定強度范圍內能將感受到的光信號線性地轉換為 電信號的器件，如固體(即非陰極射線管的形式)光電倍增管、光敏二極管、光敏三極管、硅 光電池等。模數轉換和數據處理軟件系統，系采用現有的公知的單片機技術及利用通用的軟 件技術編制而成。數據轉換的依據和/或校準先制備高純二氧化氯溶液3，6，梯度稀釋成系列濃度的樣品，每份樣品均以本發明之儀器與常規碘量法平行測定。將兩種方法的測定結果繪 制成吸光度-濃度工作曲線，用數理統計方法進行回歸，求出相關系數及曲線斜率，取相關 系數大于0.9997的線段作為工作范圍，將斜率代入轉換程序中即可。由于樣品為高純二氧 化氯溶液，故無需借助五步碘量法，僅用常規的碘量法對照即可獲得最優的結果，既簡便又準確可靠。
用于溶液中二氧化氯濃度計算的工作曲線是用430nm單色光源作實驗時所得的 數據作出的7，而用于水中余氯計算的工作曲線是用359nm單色光源作實驗時所得的數 據作出的?？刂泼姘搴屯鈿?含配件蓋子)擬另案申請外觀設計專利，無需在此詳述。本發明無論用于二氧化氯藥劑溶液中的二氧化氯含量測定或用于水中余氯測定， 均無需加入任何試劑、進行任何反應，只需將待測溶液置于比色皿，放入儀器的插孔中，可 立即直接讀出二氧化氯濃度或余氯含量，完成測定的全過程。與任何光度計的操作一樣，本發明之儀器也必須作空白對照即在進行樣品測定 前用不含二氧化氯和/或有效氯的普通清水(或去離子水)作為空白對照測定一次，將其 值定為0(即進行歸零)。進行二氧化氯藥液濃度測定時，選用峰值波長為430nm的光源。進行水中余氯檢 測時，選用峰值波長為359nm的光源，及能透過紫外波段光線的石英或光學樹脂制作的比 色皿。進行樣品或空白對照測定時均需用專用的蓋子(配件)將光源、比色皿及感光器 件部分遮蔽，避免雜光的干擾。根據實驗數據，進行二氧化氯藥液濃度測定時，儀器的工作范圍為10 250mg/L。 當藥液濃度高出此范圍時，可將原藥液依下式進行稀釋C2 = C1XV1/V2式中Vl為原液的體積；Cl為原液的濃度；V2為稀釋后溶液的體積；C2為稀釋后溶 液的濃度。例如取原液50ml，加入150ml水，總體積為200ml，混勻，則濃度已稀釋至原液的 1/4。稀釋所用器具可采用通常的聚乙烯量筒和燒杯，以便于攜帶；其精度已足敷應 用。當溶液濃度略低于此范圍時，可選用俯視截面為矩形的比色皿，以增加光程。進行吸光 度_濃度轉換時，軟件將自動對光程改變的因素進行相應的修正。根據實驗數據，進行水中余氯測定時，儀器的工作范圍為0. 1 10mg/L。當溶液濃 度更低時，可選用俯視截面為矩形的比色皿，以增加光程。進行吸光度-濃度轉換時，軟件 將自動對光程改變的因素進行相應的修正。應用實例實例1 通過專門設計和制作的電路，從9V電池獲得穩壓直流電源給儀 器系統供電。從微型氦鎘激光器發出的波長為430nm的光束通過一截面為IOmmX IOmm的 比色皿中所盛裝的二氧化氯樣品溶液，此后的透射光照射在一光敏二極管上，所產生的電 信號經芯片放大、數字化處理，并與空白對照信號進行對比處理后轉換成二氧化氯濃度值 顯示在液晶屏上。以上整套裝置封裝于外殼之中，即為本發明之儀器的型號之一。實例2 通過專門設計和制作的電路，從9V電池獲得穩壓直流電源給儀器系統供電，發藍紫色光的LED所發出的光束經過通透波長為430 士 2nm的濾光器過濾并聚集成近似 平行光束后通過一截面為IOmmXlOmm的比色皿中所盛裝的二氧化氯樣品溶液，此后的透 射光照射在一硅光電池上，所產生電信號經芯片放大、數字化處理，并與空白對照信號進行 對比處理后轉換成二氧化氯濃度值顯示在液晶屏上。以上整套裝置封裝于外殼之中，即為 本發明之儀器的另一種型號。參考文獻1.中華人民共和國國家標準GB/T20783-2006，《穩定性二氧化氯溶液》(附復印件 7頁)2.龍膺厚，唐紅；《二氧化氯真實含量的實時測定——二氧化氯產業發展中生死 攸關的問題》，2007，第十三屆全國二氧化氯技術研討會論文集，pp353-360 (附復印件8頁)3.國標征求意見稿《消毒劑中有效成分含量測定二氧化氯》(2008)(附打印件13 頁)4.方赤光，王岙，董青，方亞敏，徐燕，《紫外分光光度法測定消毒劑二氧化氯的含 量》；《中國消毒學雜志》2003年第20卷第2期，88-91頁5.便攜式余氯、二氧化氯快速測定儀AM302602(網上下載文件，附打印件2頁)6.本發明人進行高純二氧化氯所用的實驗裝置(附打印件1頁)7. 430nm處工作曲線的繪制(附打印件1頁)。
權利要求
一種便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定儀，其特征是(1)用指定波長范圍的單色光束通過待測溶液樣品，不加入任何試劑，不進行任何反應，不需要任何等待時間，直接以該光束通過此溶液時被吸收的吸光度作為該溶液中二氧化氯濃度計算的依據，用軟件轉換為該溶液中二氧化氯的濃度并以數字顯示，從而實現對溶液中二氧化氯濃度的瞬時測定；(2)所說的指定波長范圍的單色光束是通過以下任意一種方法獲得的①使用峰值波長為指定波長范圍的中心值的激光器，②使用峰值波長為指定波長范圍的中心值的發光二極管(LED)，③使用白光光源并令其所產生的光束通過一個僅允許指定波長范圍的光通過的濾色器，④使用峰值波長為指定波長范圍的中心值的激光器并令其所產生的光束通過一個僅允許指定波長范圍的光通過的濾色器，⑤使用峰值波長為指定波長范圍的中心值的發光二極管(LED)并令其所產生的光束通過一個僅允許指定波長范圍的光通過的濾色器；(3)所說的指定波長范圍的單色光束的峰值波長為430nm和/或359nm，它們在本發明的測定儀中的配置為以下配置的任意一種①測定儀中配置峰值波長為430nm的單色光束，該配置的測定儀專用于二氧化氯藥劑原液或其稀釋液中二氧化氯濃度的測定，②測定儀中配置峰值波長為359nm的單色光束，并配用能透過紫外光的比色皿，該配置的測定儀專用于水中余氯的測定，③測定儀中配置可以隨時切換的兩個單色光束，其中一個光束的峰值波長為430nm，用于二氧化氯藥劑原液或其稀釋液中二氧化氯濃度的測定，另一個光束的峰值波長為359nm，并配用能透過紫外光的比色皿，用于水中余氯的測定；當二氧化氯含量較低時，選用俯視截面為矩形的比色皿，以增加光束在溶液中通過的路程；所說的能透過紫外光的比色皿系用石英或能透過紫外光的光學樹脂制作而成；(4)所說的指定波長范圍的單色光束的頻譜寬度為±1nm至±20nm之間；(5)所說的僅允許指定波長范圍的光通過的濾色器，其所允許通過的波長范圍的中心值為所指定波長范圍的單色光束的峰值波長，其允許通過的波長范圍的寬度為±1nm至±20nm之間；(6)采用9V電池通過專門設計的電路為整個系統提供電壓穩定的直流電源；(7)所說的指定波長范圍的激光器、指定波長范圍的發光二極管(LED)、白光光源和僅允許指定波長范圍的光通過的濾色器均為市售品；(8)所說的以光束在溶液中通過時被吸收的光度來進行溶液中二氧化氯濃度的計算，是根據此前的實驗數據所作出的“吸光度-二氧化氯濃度工作曲線”，用公知的技術所編制的軟件進行的；所說的此前的實驗數據，是將若干份經梯度稀釋而得到的系列濃度的高純二氧化氯溶液，用上述指定波長范圍的單色光束通過時的吸光度以及常規的碘量法這兩種方法平行測定所得的數據；用于溶液中二氧化氯濃度計算的工作曲線是用峰值波長為430nm的單色光束作上述實驗時所得的數據作出的，而用于水中余氯計算的工作曲線是用峰值波長為359nm的單色光束作上述實驗時所得的數據作出的。
2.如權利要求1所說的便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定儀，其特征是所用的單色 光束在到達比色皿之前通過光學器件聚集為近似平行光束；所說的將光束聚集為近似平行光束的光學器件為市售的透鏡或平行光管或其他類似 的市售品，其中用于將波長為359nm的光束聚集為近似平行光束的光學器件系用石英或能 透過紫外光的光學樹脂制作而成。
全文摘要
本發明為“便攜式二氧化氯溶液濃度瞬時測定儀”，屬“化工儀表\光度計\溶液濃度測定”技術領域。這是一種便攜式固定波長的光度計，用于測定二氧化氯溶液在特定波長處的吸光度，并據此轉換為溶液中二氧化氯的濃度。分光光度法是測定二氧化氯溶液濃度最簡便易行而準確的方法，即將為新的國家標準采用，而本發明采用特定波長的單色光源故無需分光部件，采用電池供電而不用交流電源，從而實現了微型化、便攜化，適用于各種場合特別是工農業生產、環境消毒及災害救助現場的二氧化氯溶液濃度測定和/或水中余氯測定。本發明直接測定溶液的吸光度而不加任何試劑，不進行包括顯色反應在內的任何反應，從而實現了瞬時測定。
文檔編號G01N21/31GK101806721SQ20101011970
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者程揚波, 龍膺厚, 龍镎 申請人:程揚波
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
