採樣和測定容器中是否存在氨和胺的鹽的方法及系統的製作方法

2023-05-08 02:32:21

專利名稱：採樣和測定容器中是否存在氨和胺的鹽的方法及系統的製作方法
本申請是1993年2月19日由相同的發明人以相同的題目申請的申請號為08/019，908的在先申請的部分繼續，本申請和在先申請一樣轉讓給相同的受讓者。
本發明涉及將液體注入容器中，尤其是涉及用於採樣和測定是否在某些物質(例如在諸如玻璃或塑料瓶這類容器中殘存的銨鹽和胺鹽的汙染物)的容器檢測系統。更具體地說本發明涉及一種改進的採樣和分析系統及方法用以測定迅速沿著傳送帶通過容器篩選系統的檢測站的飲料瓶這類容器是否殘存這些汙染物。
在很多產業中(包括飲料產業)，都需要將產品封裝在容器中，這些容器在使用過後被回收、清洗和再次灌裝。尤其是可再灌裝的容器(例如飲料瓶)由玻璃製成，所以易於清洗。這些容器清洗後要檢測是否存在異物。
玻璃容器在容積較大時存在易破碎和較重的缺點。由於在相同容積下塑料瓶比玻璃瓶既輕又不易破碎，因此使用塑料瓶就更合乎需要。然而塑料材料容易吸附各種化合物，這些化合物隨後又被吸附在產品上，因此對容器中封裝的產品的質量將有潛在的有害影響。這些化合物有例如銨鹽、胺鹽、氨、有機氮化合物以及包括汽油和各種清洗液的碳氫化合物。
因此本發明的主要目的在於提供一種方法和系統用以檢測是否存在特殊物質例如在沿著傳送帶迅速運動的或者來自清洗裝置或類似裝置的容器中含有的銨鹽或胺鹽汙染物。
本發明的這個目的以及其它目的是通過提供一種檢測是否存在銨鹽和胺鹽的方法實現的，這種方法包括如下步驟提供被分析的物件(例如容器)，將鹼性溶液加入該物件中以便促進從該物件中釋放氨和/或胺的氣體，然後分析含有該氣體的樣品以便測定是否存在銨鹽或胺鹽。
一種分析該樣品的優選方法是將從該物件中獲得的樣品加熱以形成一氧化氮(NO)，將加熱產物和一種化學反應劑混合以便發生引起化學發光的化學反應，然後分析來自該種化學發光的光輻射以便測定是否存在銨和/或胺鹽。
另一方面本發明提供了一種方法和裝置用以在容器(例如瓶子)沿著傳送帶按不變的或可變的速度和間隔快速運動時迅速將少量液體注入容器中，而基本上沒有液體溢到容器外邊或者容器之間。使用這種液體是為了促進容器內氣體的釋放以便檢測容器中的物質，或者是用作添加劑，或者用於其它目的。為了使液體不溢出，每個容器的運動由高速注入器的上遊傳感器來跟蹤，而且只有當容器的頂端開口在噴嘴下面時，一個或多個噴嘴才會定時以狹細、高速的液流將液體注入容器。
該物件可以是飲料容器，而且該方法可以包括如下步驟在容器內迅速注入碳酸鈉(Na2CO3)，排放出容器內的部分氣體以便在外面區域鄰近容器開口處形成樣品雲霧，加熱部分樣品雲霧以便將氨和胺轉化為NO，將加熱產物與臭氧混合以便發生引起化學發光的化學反應，並且用光學技術分析所產生的輻射光以便測定容器中是否存在銨鹽或胺鹽。
本發明的方法的另一特徵是通過容器的開口迅速向容器中注入一種化學添加劑水溶液以便促進容器中的任何銨鹽和胺鹽釋放出氨或胺或者兩者都有的氣體，從而加強了氣體的檢測，以足夠的速度注入該水溶液，以便將釋放的大部分氣體排放到容器的頂部區域;隨後，通過開口注入流體，以便將頂部區域的部分氣體排放到該容器的外部區域，以便在容器外面鄰近開口處形成樣品雲霧;分析樣品雲霧中的氣樣以便測定在容器中是否存在銨鹽或胺鹽。
另一方面本發明還提供了一種方法用於測試和檢驗準備用於檢測在一個物件中是否存在銨鹽和胺鹽的系統的正常工作狀態，該系統包括一個注入機械裝置，將從由碳酸鈉，碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及它們的混合物組成的一組中選擇的化學添加劑加入一個物件中，以便至少將物件或其內容物的局部PH值調到9或以上，從而促進了氨或胺或者二者都有的氣體從物件中釋放出來，而且還提供了一種裝置用以分析含有該氣體的樣品以便測定是否存在銨或胺的鹽，檢測系統正常工作狀態的方法包括如下步驟用注入機械裝置將一種染料注入該物件中，該染料在所說的PH值或更高一些的PH值下能夠變色。
檢測該物件的顏色變化，它表示有足量的化學添加劑存在以使該物件至少達到所說的PH值。
藉此，通過檢測是否存在足量的化學添加劑而驗證了該系統的注入機械裝置是否正常工作。
隨後的詳細說明將使得本發明的進一步可應用範圍變得顯而易見。然而應當明白詳細的描述和具體的例子在說明本發明的優選實施例的同時僅僅作為具體的說明，根據這個詳細的描述，本發明精髓內的各種變型和改進對於本技術領域內的普通專業人員來說都是顯而易見的。
從以下給出的詳細說明以及僅作為具體說明的附圖，可以完全理解本發明，但是，本發明決不僅限於此。


圖1是本發明的採樣和分析系統的概略方框圖，它表示多個容器沿著傳送帶系統按序通過鹼性注入口、測試站、剔除機械裝置和清洗站;
圖2是表示在圖1中的測試站處的優選檢測器系統的方框圖;
圖3是圖1的鹼性注入器的優選實施例的放大附圖;
圖4是表示包括三個連續的注入器部件的鹼性注入器的另一個實施例的方框圖;
圖5是瓶子在通過例如圖3和圖4所示的注入器的光速和噴嘴以前在傳送帶上從左向右運動的頂視圖;
圖6是類似圖5的頂視圖，瓶子在兩個光速之間;
圖7是用於控制注入和確保注入器注入的液體不溢到瓶子外面和兩瓶之間的模擬控制器的方框圖;
圖8是執行與圖7的控制器相同功能的數字控制器的方框圖。
圖1示出了一個傳送帶10按箭頭A所示的方向運動，並且有多個未蓋蓋封頂的、間隔開來的開口容器C(例如容積為1500立方釐米(CC)的塑料飲料瓶)安置在傳送帶上以便使之按序通過位於注入站11的具有一個噴嘴5的液體注入器4(它的功能和工作下面將詳細描述)，並通過測試站12以及剔除機械裝置28到達清洗機(未示出)，這些容器藉助傳送帶32移動。容器C的內容物一般包括空氣，殘留的揮發性汙染物，若有的話，還有任何揮發性產品(例如容器內的飲料)。作為壓縮空氣源的空氣注入器14裝備的噴嘴16與測試站12上的容器C有一間隔，但和容器C對準，即噴嘴16安置在容器的外面，並且和容器不接觸。噴嘴16將壓縮空氣噴到容器C內部以便使容器中的至少一部分內容物排放出來，藉此發放出樣品雲霧18到被測試的容器的外面區域。
通過噴嘴16注入容器C的空氣的量是10C.C，這時瓶子運動速度應是每分鐘200至1000個瓶子。最好是每分鐘400個瓶子，這個速度和現行的飲料瓶灌裝速度相適應。所希望的測試速率根據被檢測和灌裝的瓶子的大小而變化。只有大約10C.C的容器內容物能排放到瓶子的外部區域以便形成樣品雲霧18。
還要提供一個抽氣採樣器22，它是由連接到一個採樣管或管道20上的真空泵或類似物件組成。這個管子安裝靠近，最好是在空氣注入器14的下遊(例如間距大約1/16時)，以便與在容器C的頂部開口鄰近處的樣品雲霧進行流體交流。
在測試站12不論是噴嘴16還是管子20與容器C都不接觸，更準確地說二者在接近容器開口處的外面位置處彼此間隔開來。其優點在於無需和容器C有實體上的連接或者將探測器插入容器，否則將妨礙瓶子沿傳送帶10迅速運動從而減小了採樣速度。用本發明的系統和方法，每分鐘達到大約200至500瓶的採樣速度是可能的。傳送帶10最好是連續地驅動以便在測試站處達到這些速度而沒有停止或減慢瓶子的運動。
提供一個旁通管24與抽氣採樣器22相連，以便使來自進入管道20的雲霧18的預計量(最好大約為90%)樣品轉變方向從而通過旁通管24。使雲霧18的大部分樣品轉變方向的目的在於減少從抽氣採樣器22通過到達殘餘物分析器26的樣品量以便實現高速分析。這樣做是為了使由殘餘物分析器26測試的樣品可被處理。改變一部分樣品的方向的另一個目的是能夠基本上由抽氣器22從測試站區域除去所有的樣品雲霧18，而且可以改變過量樣品的方向從而使其通過旁通管24。在一個優選實施例中通過旁通管24的過量樣品返回到空氣注入器14中，以便通過噴嘴16將其引進沿傳送帶運動的隨後容器中。然而，也可以簡化通氣旁通管24，使之通到大氣中。
一個微處理器控制器34用來控制空氣注入器14、抽氣採樣器22、殘餘物分析器26、剔除機械裝置28和任選風扇15的運行。包括並列的光源和光檢測器的容器傳感器17安放在通過傳送帶10的反射器(未示出)的對面。當容器到達測試站時，傳感器17便通知控制器34。任選風扇15朝樣品雲霧18的方向產生空氣吹風從而有助於樣品雲霧18在每個容器C被採樣以後從測試站附近被清除掉。測試站區域的空氣淨化可使當接續的容器C到達測試站用以採樣時沒有樣品雲霧18的殘餘物汙染測試站區域。因此容器之間的樣品殘餘物被清除了。如圖1所示由微處理器34控制風扇運行的佔空因數。最好風扇15在系統的其餘部件工作的整個階段連續地在工作。
當殘餘物分析器26測定某一容器C被各種不需要的殘餘物汙染時，剔除機械裝置28從微處理器控制器34接收到一個剔除信號。剔除機械裝置23使被汙染的剔除的瓶子改變方向到傳送帶30上，未汙染的、可接受的瓶子到傳送帶32上的清洗器(未示出)中。
圖2示出了利用圖1所示的採樣和分析系統的檢測系統的一個具體實施例，其中相同的參考數字表示相同的部件。如圖所示，噴嘴16用以產生進入被檢測容器內的空氣吹風。通過噴嘴16的空氣可以是加熱的或不加熱的，對一些應用加熱是有益的。和噴嘴16並列的是樣品輸入管20，它在其輸出口處有一個過濾器40用來濾除樣品中的顆粒。將與殘餘物分析器26連通的泵82的負壓端提供給管道20。
結合圖1來描述，一部分樣品(例如每分鐘6000C.C總樣品流量的90%至95%)，通過泵46的負壓端來改變方向從而通過旁通管24。泵46通過儲氣器48常開的吹風控制閥50，然後返回到噴氣輸出嘴16來再循環空氣。反向壓力調節器54有助於控制通過噴嘴16的噴氣壓力和將過量空氣排放到排氣口57。噴氣控制閥50通過線50A從微處理器控制器34接收控制信號以便正常維持該閥打開，從而使空氣流到該噴嘴。
通過線46A向泵46供電的動力電源接到電路斷路器76的輸出端，電路斷路器依次接到交流(AC)濾波器74的輸出端和交流動力電源PS上。
圖2所示實施例中的殘餘物分析器26是一種藉助化學發光方法檢測被測容器中所選擇的化合物(例如含氮化合物)殘餘量的分析器。這種類型的分析器通常是公知的，並且包含一個容器用以將臭氧與一氧化氮混合，或者與能和臭氧反應的其他化合物相混合，以便使其反應，這種分析器還包括輻射光透射部件(帶有合適的過濾器)以及輻射光檢測器以便檢測來自反應產物的化學發光。例如當有氧化劑(例如空氣中的氧)存在時加熱含氮化合物(諸如氨)所產生的NO與臭氧發生化學反應，在一個預定的波長(諸如在大約0.6至2.8微米的波長範圍內)發射特徵光。所選擇的化學發光的部分輻射光及其強度可以用光電倍增管來檢測。
因此，在圖2所示的系統中，周圍空氣通過輸入口60和空氣過濾器62被抽入到臭氧發生器64中。通過在空氣中放電在該發生器中產生臭氧，該臭氧通過臭氧過濾器66和氣流控制閥68輸出到殘餘物分析器26中，在此與通過進氣管20、過濾器40，轉換器44和氣流限流器42輸入的容器中的樣品混合。來自進氣管20的樣品通過轉換器44(例如電加熱鎳管)，在輸入到殘餘物分析器或檢測器26以前，其中的溫度高達800℃至900℃。使用其他的催化劑時溫度低到600℃對於轉換器來說是可以接受的，而溫度高達1400℃也是可以接受的。當如此加熱諸如氨和胺的含氮化合物時，就產生了NO(一氧化氮)，而且將一氧化氮供給分析器。
通過變壓器72給溫度控制器70供電，該溫度控制器用來控制轉換器44的溫度。
殘餘物分析器(檢測器部件)26處的樣品在測試完成以後通過儲氣器85和泵82輸出到臭氧排氣器56和排氣輸出口57，以便清洗該殘餘物檢測器用以檢測沿如圖1所示傳送帶10移動的下一個容器中的樣品。與測試結果有關的殘餘物分析器26的輸出信號通過前置放大器84輸出給微處理器34，該微處理器以適當的方式將該信息饋送給記錄器83。該記錄器最好是通用的條形記錄器或者類似的記錄器。該記錄器顯示被分析樣品相對時間軸的信號幅度。
也可以為微處理器編製程序以便識別存在於一個預定的時間間隔內並且輻度達到預定值的「擊中」(hit)或特定殘餘物的檢測以及來自分析器26的光檢測器的信號峰。換言之，微處理器34根據峰的附加特性(例如峰的斜率和一個特定值的輻度的時間寬度)來測定擊中(hit)。
微處理器控制器34還將信號輸出給瓶剔除器28以便剔除被汙染的瓶子並且將其從通往清洗器的傳送線上的瓶子中分離出來。
將校準端86供給殘餘物分析器26用以調節與殘餘物分析器相連的高壓電源26A。還提供一個連接到微處理器控制器34上的記錄器衰減輸入端88用以調節記錄器的工作。分析器26從高壓電源26A得到電力。
其它的控制包括操作板90，該板包括使操作員以適當方式控制殘餘物分析器26工作的鍵盤和顯示部分。
通過連接到電源PS的輸出端的直流電源78向所有適合的元件提供直流電力。
任選報警發音器80A用以向操作員發出表示當前的容器有汙染的信號。通過輸出控制線80C報警發音器80A接到微處理器控制器34的輸出端上。故障報警器80B也連接到微處理器控制器34上，用以當壓力超出預定的限定值時從諸如壓力開關58或真空開關87接收故障信號。
還可以配備諸如真空表89和反向壓力控制閥54這類安全裝置以確保系統的正常工作。
圖2所示系統的大部分元件最好密封在一個防鏽的不鏽鋼外殼92內。該外殼的冷卻是由一個逆流式熱交換器91完成的，該交換器包括兩個彼此分離的密封部分91A和91B，在其中由適當的風扇提供反向空氣流。
飲料瓶中的潛在汙染物包括含氮化合物，而且圖1和2所示的系統和方法可以用來檢測在這些飲料瓶中是否存在含氮化合物。這些物質中包括有蛋白質、游離的胺基酸、銨離子、氨和胺的酸性鹽和游離氨。氮的化學發光提供了一種有選擇的、靈敏迅速並且相對簡單的途徑和方法用以檢測是否存在含氮化合物。有機氮化合物和氨可用化學發光的方法在將其中的氮轉化成一氧化氮(NO)之後來測定。圖2所示的系統將含氮化合物轉化成NO並將NO和臭氧混合，然後檢測所產生的化學發光。
本發明還發現加入碳酸鈉(Na2CO3)能夠顯著地促進諸如氨和胺這些揮發性物質從它們的鹽(例如磷酸銨和檸檬酸銨這類銨鹽以及諸如由胺基酸產生的那些胺鹽)中釋放出來。這是由於將樣品的PH值從弱鹼性調到了強鹼性。PH值的變化導致了氨和胺的氣體從它們的酸性鹽中同時釋放出來。這個機理大大加強了諸如化學發光分析器這類氣相檢測系統檢測容器中銨和胺兩種鹽存在的可能性。
加入瓶中的化學物質最好將樣品的PH值增加到9以上，尤其是10.5以上。
Na2CO3是優選的化學物質這是由於它既便宜又無害。而且用塑料製做的飲料瓶子也是無害的。替代Na2CO3的其它化學物質是磷酸鈉(Na3PO4)，磷酸鉀(K3PO4)和Na2CO3的水合物，它們具有與Na2CO3相同的優點和特性。
不可用但可有效地將PH值增加到一定水平以便促進氨和胺的氣體的釋放的化學添加劑是KOH和NaOH。然而，這些化學物質比Na2CO3要昂貴，而且是苛性的，還對諸如塑料這些材料是有害的。這些添加劑通常將樣品的PH值增加到14左右。
用一個或多個液體注入器(如圖1中所示的注入器4)將化學添加劑(最好是Na2CO3)在測試站12的上遊注入進圖1所示系統中的瓶子C中，液體源6向注入器4提供液體(例如Na2CO3)，而且供液過程是由電子控制器7控制的。(另外，該注入器也可由微處理器控制器34控制)。將注入的碳酸鈉製備成重量百分比大約為1%-20%(最好大約為5%)的水溶液。而且將大約1-10立方釐米的該溶液注入瓶子C中。
Na2CO3溶液可連續地噴入瓶子C中，或者與通過測試站12的容器C的運動同步從噴注泵脈衝地噴注進去。為了防止浪費，最好將沒注入瓶子C的過量溶液收集起來並再循環以便注入瓶中。
將化學物質粉末邊攪拌邊加入水中來製備碳酸鈉溶液或其它化學添加劑。溶解足夠的粉末以製備所需強度的溶液(例如5%的Na2CO3水溶液)。
測試結果表明向被測試的瓶子中加入Na2CO3顯著地增強了圖2所示化學發光檢測系統的能力，以便檢測由諸如銨鹽這類含氮化合物釋放的氨和胺的氣體。事實上，不加碳酸鈉，一般含量的瓶中的銨鹽不能與背景信號區分開來。加入碳酸鈉後由於檢測信號在大小上增加了幾個數量級，所以檢測是實際可信的。
圖3和圖4表示圖1的上遊(左)部分所示的液體注入系統的優選實施例。圖3是部分系統的放大圖，表明連有噴嘴5a、5b和5c的碳酸鈉注入器4將多條狹細碳酸鈉液流9噴入容器C以便用以後將更全面描述的方式排放待測的氨或胺的氣體。圖4是圖1所示傳送帶的部分示意圖，示出了串連的多個注入器機械裝置4a、4b、4c。
圖3的注入器4和圖4的注入器4a，4b，4c通過瓶子上面的開口將來自壓力源6的碳酸鈉溶液噴入瓶子c中。只有當瓶子的頸部周圍部分所確定的上開口正在相關的噴嘴下面時，每個注入器機械裝置才定時地噴射。因此基本沒有碳酸鈉溶液噴到瓶c之外或瓶子c之間。
為了適應瓶子的不同的輸送速度，注入系統探測通過傳感器(例如圖1所示的傳感器S1)的瓶子的速度。如圖1中所示的每個傳感器s1、s2、s3和17，以及圖4中用示意圖表示的一組傳感器8a、8b和8c是光學斷續器，它們可以是反射型的，而且包括一個安放在適當位置的光檢測器以便檢測來自光源(鄰近光檢測器)的光，該光源直接穿過傳送帶10並且由安裝在傳感器對面的反射器(未示出)進行反射。另外，它們還可以是透射型的並且包括發射器和位於傳送帶10對面的檢測器。光束被瓶子c的頸部的前沿所阻斷而且當頸部的後沿通過傳感器的光源時再次檢測到該光束。
注入器4最好按時安放在大約是光束下遊5/3「頸寬」(對於一般瓶子的頸部，應為5/3吋-瓶子的外徑是1吋，內頸是0.8吋)的位置處，以便以最快的傳送帶速度(例如每分鐘400個瓶子)使瓶口處於注入器4的噴嘴5下面，碳酸鈉溶液只在此期間才噴射。因此，對於沒有「間隔開來」的瓶子即相鄰瓶子間沒有間隙(瓶子的最大直徑大約是3.6吋)，有一個大約20-25毫秒的「有效」窗口，在此期間溶液噴射到瓶子c中。可以使用稍微更短的時間間隔以便提供防止洩漏的安全係數。
如圖3所示的細節，注入器4最好包括3個噴嘴5a、5b、5c，這些噴嘴最好是將尖頭直徑為0.067吋的不鏽鋼注射器針管焊接在一起並安裝在其下面通過的瓶子c的頂口上面1/4至1/2吋的位置處。每一個注射口針管N1、N2和N3連接一個電磁閥(即分別為SV1、SV2和SV3)。最好該電磁閥有1/8吋的小孔，在小孔的後面碳酸鈉溶液保持在大約70磅/吋2的壓力下，該壓力是由置於碳酸鈉溶液源6中的適當的(膜片)泵提供的。
閥SV1、SV2、SV3是同步的，以便溶液同時從3個管N1、N2和N3流出。從傳感器S1通過電子控制器7(或微處理器34)提供控制信號給電磁閥。管5a、5b、5c發射三束高速狹細的流速9進入瓶c並在其中匯合。為了得到窄細、高流量、高流速的流速使用了3個噴嘴。雖然單個的噴嘴也能工作並能產生比所需的直徑大的噴射，但是不能進行很多的濺射以及與之有關的待測氣體的排放。
每個噴嘴5a、5b、5c在閥SV1、SV2、SV3打開的「有效」窗口的20至25毫秒時間內噴射大約1/2c.c的溶液。
圖3示出了包括三個並列的噴嘴5a、5b、5c的噴嘴部件。然而，為了提供過量溶液以及為了提供足夠的碳酸鈉溶液給每個瓶子，可以使用多於一個噴嘴部件的注入器部件4。如圖4所示的這樣一個系統，其中有3個注入器部件4a、4b和4c，每個在結構上和圖3的注入器部件4是相同的，這3個注入器部件排成一串，彼此之間緊密間隔安置在傳送帶A上。每個注入器部件4a、4b、4c具有一個與之相連的傳感器組8a、8b和8c，每一傳感器組中有多個(例如3個)傳感器，而且每一個都連有適當的電磁閥部件組Sa、Sb、Sc。每個電磁閥部件組包含三個電磁閥SV1，SV2，SV3(如圖3所示)。每一個注入器部件4噴射大約1.5c.c的碳酸鈉溶液，因為其中的每個噴嘴分別噴射0.5c.c的溶液。由於希望向每個瓶子注入超過1.5c.c的溶液，所以提供了如圖4所示包括3個注入器機械裝置4a、4b、4c的串聯安置方案從而向每個瓶子注入4.5c.c的溶液，使3個注入器機械裝置串聯的另一個優點是每個注入器將容器內的部分待測氣體從瓶底向瓶頂排放，以後將敘述這樣做的優點。
如果對容器c使用有力的或高速的注入，就得在進行採樣和分析的測試站12的上遊將注入器4安置得很緊密(例如1.5英尺那麼近)。當將整個裝置安裝到現有的傳送線上時重要的是縮小傳送帶的長度，這是一個特別的優點。當有力地注入碳酸鈉溶液時，流束9敲擊瓶子的底部或者靠近底部的側壁部分，從而使部分內容物濺射到大約瓶高一半處，然後可以觀察到液體沿側壁流下來。這種移動和濺射對迅速地使瓶底部分的氨和/或胺的氣體到達瓶子上面區域的某一處以便在注入完成後迅速準確地進行採樣和檢測是有效的。而且加入足夠的碳酸鈉以使瓶子的所有的內容物的PH值增加到9以上是不必要的，這是由於有力的混合和濺射至少可以在局部產生一些可被採樣和檢測的氨和/或胺的氣體。
然而應當懂得，即使需要使碳酸鈉注入器部件和測試站12之間的距離短些，也能將注入器按置在測試站12的上遊20或30英尺或更遠處。並且仍然使其工作得相當好。
圖5至圖8示出了控制系統並且將其用於向如前所述的以恆定不變或者可變速度運動的、彼此間隔開來的瓶子中快速注入少量液體。這些控制系統確保沒有液體溢到容器外面或者容器之間。
圖5是一個頂視圖，表明有開口(co)的瓶子c在傳送帶10上從左向右運動，通過在傳感器S1和S2之間設立的光束Flag1和Flag2以及噴射J，噴射J由噴嘴N1、N2、N3構成。首先，瓶子的前沿在時間T1打斷了光束Flag1。其次，瓶子的後沿在時間T2通過Flag1並且光束被恢復，並再次由傳感器S1所檢測。兩個瞬間之間的時間間隔T2-T1用來測量瓶子的速度，並且預測正確的時間以便開啟液體噴嘴。
傳感器S1和S2之間的距離大約是1.5吋，並且限定開口Co的瓶頸的外徑X1大約是1吋。當噴嘴恰恰位於瓶子開口內，並且靠近前沿處時噴射定時開始。這就使時間達到最大限度以適於向瓶c內注入液體。
電磁閥SV1、SV2、SV3隻有一致的從電子切換到發生液體噴射這段滯後時間(用Tav表示，例如14毫秒)。因此閥應當在瓶子c到達最佳位置之前的Tav毫秒切換導通。
圖6還表明了控制系統的工作。X2是瓶子離開Flag1的位置到達開始噴射液體的最佳位置所必須移動的距離，移動這麼長距離所需的時間等於X2＊(T2-T1)/X1。因此，電磁閥應當在時間T2+X2＊(T2-T1)/X1-Tav導通。
如果瓶c的運動很慢，那麼有故障的定時器在T2以前就不能計時了。在這種情形下Flag2用以使在瓶子的前沿到達傳感器S2時將閥導通，傳感器S2位於產生噴射J的噴嘴N1、N2、N3的下遊大約0.25吋的地方。
以上所述的控制系統的功能可以用控制器7中的模擬或數字電路來完成。在圖7的模擬電路中電容器100在T1和T2之間按常數dV/dT充電，然後按一成比例的速率放電。電容器100放電所需的時間與給它充電所需的時間成比例，以使該電路響應傳送帶上的瓶子的速度。當電容器100放電到等於dv/dT＊Tav值的電壓時，比較器102用於接通閥SV1、SV2、SV3。通過螺線管潛在補償器104提前Tav毫秒將閥接通，以便當液體噴射發生時瓶子將在位置上。一個單獨的定時器-螺線管脈衝寬度發生器108用來調整電磁閥的準時，一般大約是20毫秒。脈衝寬度發生器108由比較器102或下遊的傳感器S2開啟。發生器108控制螺線管驅動器110。如果瓶子運動很慢，慢速檢測器106檢測到該慢速，比較器102中的運算放大器將在T2之前飽和。如果該運算放大器飽和。S2則通過發生器108和驅動器110接通這些閥。
在圖8的數位化實施中，一個12位雙向可逆(UP/Down)計數器112最初被設置到與Tav成比例的一個值。計數器112內的振蕩器提供一個時鐘(Clock)信號(例如0.125毫秒的時間間隔)。從T1到T2，使該計數器遞減計數，達到小於零的值。在T2之後，計數器112遞增計數。當計數器達到由零橫越過檢測器114檢測的零值時，閥SV1、SV2、SV3被接通。由相同時鐘驅動的各個計數器將電磁閥調整準時。在瓶子的慢運動情況下，在T2之前，遞減計數器達到目前的負值，慢速檢測器106可檢測到這個負值，而且能使用S2。
可選擇性地使用第三個光學傳感器來檢測是否存在液體噴射，以便測定電磁閥的故障以及連續通過噴嘴的液體噴射。用於檢測第三光束狀態的適當的檢測器(例如圖1所示的傳感器S3位於噴嘴5所在的軸線(傳送帶)上的位置並稍高於沿傳送帶10運動的每個容器C頂端)當然能夠連接到控制器7(或微處理器控制器34)上以便提供電磁閥在此的這些狀態信號。控制器7處理這些信號並產生適當的報警信號。
如前所述，溶於水的碳酸鈉溶液按重量計算最好是5%(按體積計算大約也是5%)。雖然可以使用較大量的碳酸鈉，但是不希望高於7%左右因為在接近凍結的溫度下這是碳酸鈉的溶解度極限。向該溶液中加入大約與碳酸鈉等量的潤溼劑(例如甘油)以使溶液成為「不幹」液，從而防止了機械裝置(例如傳送帶)發生故障，這種故障發生在碳酸鈉落在被忽視的場所並且乾燥成結晶形式而起到一定程度的研磨作用的情形下。
另一方面本發明提供了用於檢測圖1和圖2所示系統工作狀態的可靠方法。重要的是要知道例如假設瓶中存在銨鹽和胺鹽時檢測系統是否起到正常的檢測功能。還有重要的是能夠驗證化學添加劑(例如Na2CO3)準確地注入容器c中。
在校正過程中，通過例如用位於鹼性注入器4上遊和容器c之上的注入器(未示出)將已知的胺鹽溶液注入容器c中來檢驗系統檢測游離氨和胺的能力(假設存在銨和胺的鹽)。還可以使用諸如磷酸銨、氯化銨、酯酸銨或硫酸銨這類鹽。因為已知這些化學物質將釋放已知量的游離氨，所以可以驗證圖2所示的檢測系統的正常工作狀態。
如上所釋，重要的是還要知道適量的Na2CO3是否被注入容器c中。這可以通過向容器c中注入在PH值為9或更高時可變色的純淨染料來驗證。因為碳酸鹽可將樣品的PH值調到9以上，所以顏色的改變很可能表明碳酸鹽的存在以及向容器c中注入液體的注入機械裝置的正常工作狀態。
應當注意到，PH染料沒變色時還有來自系統的「擊中」(hit)或剔除信號，然而，這個「擊中」信號是由於在樣品中檢測到除了胺鹽或銨鹽之外的汙染物(例如石油)而產生的。因此，用PH染料驗證Na2CO3是否存在是合乎需要的。
已經描述了本發明的優選實施例，顯然它們還可以有許多變型。例如用於氨和胺的其它高速分析器(諸如電子捕獲檢測器和紅外檢測器)都適合替代參照圖2所描述的化學發光分析器。
此外，待測材料不限於容器中的物質。例如本發明的方法和系統還可用來檢測樹脂碎條或碎片中吸附的揮發性物質或者用於製造新的塑料飲料瓶的可反覆應用的塑料原料。這些碎的或剝落的塑料原料可以放在籃子裡、桶裡或其它類型容器中，這些容器放置在系統內並分批地進行檢驗。
這些變型被認為並沒有脫離本發明的精髓，所有這些改型對於本技術領域內的普通專業人員來說都是顯而易見的並且包括在下面的權利要求所限定的範圍內。
權利要求
1.檢測是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下步驟提供待分析是否存在銨鹽或胺鹽的一個物件；向該物件中加入碳酸鈉以便促進氨或胺或者二者都有的氣體從其中釋放出來；將來自物件的樣品與一種化學反應劑混合以發生引起化學發光的化學反應；以及分析來自該化學發光的光輻射以便測定是否存有銨鹽或胺鹽。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於加入的碳酸鈉是含有按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於通過形成揮發性物質的樣品雲霧獲得樣品。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於還包括在將樣品與化學反應劑混合之前加熱揮發性物質的步驟。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於加熱步驟包括將揮發性物質加熱到大約600℃至1400℃範圍內的溫度。
6.採樣和測定容器中是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下的步驟將碳酸鈉加入容器中以促進氨或胺或者二者都有的氣體從容器內的任何銨鹽和胺鹽中釋放出來;排放出包含該氣體的容器的部分內容物以在鄰近容器開口的容器外部形成樣品雲霧;將一部分樣品雲霧與化學反應劑混合以便與氨或胺的氣體發生化學反應，從而引起化學發光;以及分析來自化學發光的光輻射以測定是否存在銨鹽或胺鹽。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所說的排放步驟包括容器的開口注入流體以便形成樣品雲霧。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於加入的碳酸鈉是包含按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於還包括在將雲霧與化學反應劑混合之前加熱部分該樣品雲霧的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於部分雲霧被加熱到大約600℃至1400℃內的溫度。
11.檢測是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下步驟提供一個物件以待分析是否存在銨鹽或胺鹽;將碳酸鈉加入該物件中，以便促進從該物件中釋放氨或胺或者二者都有的氣體;以及分析包含該氣體的樣品以便測定是否存在銨或胺鹽。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於所加的碳酸鈉是包含按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於通過形成揮發性物質的樣品雲霧獲得樣品。
14.採樣和測定在容器中是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下步驟將碳酸鈉加入容器中以促進氨或胺或者二者都有的氣體從容器內的任何銨鹽和胺鹽中釋放出來;排放包含該氣體的容器的部分內容物以便在鄰近容器開口處的容器外部區域形成樣品雲霧;分析包含該種氣體的樣品以測定其中是否存在銨鹽或胺鹽。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於該排放步驟包括向容器的開口注入流體以形成樣品雲霧。
16.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於加入的碳酸鈉是含有按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
17.檢測是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下的步驟提供一個物件以待分析其是否存在銨鹽或胺鹽;向該物件中加入一種來自由碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及它們的混合物組成的組的化學添加劑，以便促進氨或胺或者二者都有的氣體從其中釋放出來;以及將來自物件的樣品和一種化學反應劑混合以發生來自物件的引起化學發光的化學反應;以及分析來自該化學發光的光輻射以測定是否存在銨或胺鹽。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於化學添加劑是包含按重量計算大約為1-20%添加劑的水溶液。
19.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於通過形成揮發性物質的樣品雲霧獲得樣品。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於還包括在將樣品與化學反應劑混合之前，加熱揮發性物質的步驟。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於該加熱步驟包括將揮發性物質加熱到大約600℃至1400℃範圍內的溫度。
22.採樣和測定在一個容器中是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下步驟向容器中加入一種來自由碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及它們的混合物組成的組的化學添加劑，以便促進氨或胺或者二者都有的氣體從容器裡的任何銨鹽和胺鹽中釋放出來;排放包含該氣體的容器中的一部分內容物以便在鄰近容器開口處的容器外部區域形成樣品雲霧;將部分樣品雲霧與化學反應劑混合以使化學反應劑與氨或胺的氣體發生引起化學發光的化學反應;以及分析來自化學發光的光輻射以測定容器中是否存在銨鹽或胺鹽。
23.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於該排放步驟包括向容器的開口注入流體以便形成樣品雲霧。
24.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於加入的碳酸鈉是一種含有按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
25.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於還包括在將雲霧與化學反應劑混合之前加熱部分該樣品雲霧的步驟。
26.根據權利要求25所述的方法，其特徵在於該部分雲霧被加熱到大約600℃至1400℃範圍內的溫度。
27.檢測是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下的步驟提供一個物件以待分析其是否存在銨鹽或胺鹽;向該物件中加入一種來自由碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及它們的混合物組成的組的化學添加劑，以便促進氨或胺或者二者都有的氣體從其中釋放出來;以及分析包括該氣體的樣品以測定是否存在銨或胺鹽。
28.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於該化學添加劑是一種包含按重量計算大約為1-20%化學添加劑的水溶液。
29.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於通過形成揮發性物質的樣品雲霧獲得樣品。
30.採樣和測定在容器中是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下步驟向容器中加入一種來自由碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及它們的混合物組成的組的化學添加劑，以便促進氨或胺或者二者都有的氣體從容器裡的任何銨鹽或胺鹽中釋放出來;排放包含該氣體的容器中的一部分內容物以便在鄰近容器開口處的容器外部區域形成樣品雲霧;以及分析包含該氣體的樣品以測定容器內是否存在銨鹽或胺鹽。
31.根據權利要求30所述的方法，其特徵在於排放步驟包括向容器的開口注入流體以形成樣品雲霧。
32.根據權利要求30所述的方法，其特徵在於加入的碳酸鈉是一種含有按重量計算大約為1-20%碳酸鈉的水溶液。
33.測試和檢驗打算用以檢測在一個物件中是否存在銨鹽和胺鹽的一個系統的正常工作的方法，所說的系統包括一個用於將一種化學添加劑加到物件中以便至少將物件或其內容物的部分PH值改變到9或更高些，從而促進氨或胺，或二者均有的氣體從物件中釋放出來，這種化學添加劑來自由碳酸鈉，碳酸氫鈉，磷酸鈉，磷酸鉀以及它們的混合物組成的組，還有用於分析包含該種氣體的樣品以便測定是否存在銨或胺鹽的裝置，包括如下步驟用注入機械裝置將一種染料注入物件中，所說的染料能夠在所說的PH值或更高些的PH值變色;以及檢測物件的顏色變化，作為是否存在足量的化學添加劑以使該物件至少達到所說的PH值的指示;因此是否存在的足量的化學添加劑的檢測驗證了該系統的注入機械裝置的正常工作。
34.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於還包括如下步驟;用注入機械裝置將已知量的來自由磷酸銨、氯化銨、醋酸銨、硫酸銨或它們的混合物組成的組的鹽注入到該物件中，所選擇的已知量確保如果該系統工作正常將能檢測游離氨或胺的氣體的存在。
35.採樣和測定在容器中是否存在銨鹽和胺鹽的方法，包括如下的步驟通過容器的開口迅速將化學添加劑的水溶液注入容器中，以促進從容器內的任何銨鹽和胺鹽中釋放出氨或胺或者二者均有的氣體，以足夠速度注入的水溶液將部分被釋放的氣體排放到容器的頂部區域;隨後通過容器開口注入一種流體以將容器頂部區域的部分氣體排放到容器的外部區域，從而在鄰近容器開口的容器外面形成樣品雲霧;以及分析樣品雲霧中的氣體樣品，以測定其中是否存在氨或胺，從而測定在容器中是否存在銨鹽或胺鹽。
36.根據權利要求35所述的方法，其特徵在於多個容器按序通過至少一個添加劑注入站，和一個測試站，在前者處注入所述化學添加劑的水溶液，在後者處注入所述流體，所說的至少一個添加劑站在測試站的上遊並與之相隔足夠的距離，以使在容器到達測試站時被排放的氨或胺的部分氣體到達容器的頂部區域。
37.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於使容器運動通過在測試站上遊排成一串間隔開來的多個添加劑站，並且在每個添加劑站向每個容器注入該水溶液。
38.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於注入水溶液的步驟包括使水溶液形成多個分離的流速，並使分離的流速通過容器的開口進入容器。
39.根據權利要求35所述的方法，其特徵在於注入水溶液的步驟包括使水溶液形成多個分離的流速並且使這些分離的流速通過容器的開口進入容器。
40.根據權利要求35、36、37或39所述的方法，其特徵在於化學添加劑是選自由碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸鉀以及他們的混合物組成的組。
41.根據權利要求40所述的方法，其特徵在於進一步的步驟是將來自樣品雲霧的樣品與化學反應劑混合以便和樣品發生化學反應而產生化學發光;以及分析來自化學發光的光輻射以測定是否存在銨或胺鹽。
42.採樣和測定在容器中是否存在銨鹽和胺鹽的系統，包括通過容器開口迅速向容器注入化學添加劑水溶液以便促進從容器內的任何銨鹽和胺鹽中釋放出氨或胺或二者均有的氣體的裝置，該水溶液以足夠大的速度被注入以便將部分被釋放的氣體排放到容器的頂部區域;通過開口注入一種流體以便將頂部區域的一部分被釋放的氣體排到該容器的外部區域，從而在鄰近容器開口處的容器外面形成樣品雲霧的裝置;以及分析樣品雲霧中的氣體樣品以便測定其中是否存在氨或胺，從而測定在容器中是否存在銨鹽或胺鹽的裝置。
43.根據權利要求42所述的系統，其特徵是用於注入水溶液的裝置和用於注入流體的裝置分別安裝在添加劑注入站和測試站，並鄰近一個傳送帶，該傳送帶能使多個按序排列的容器運動並通過注入站，然後通過測試站，該添加劑站在該測試站的上遊並與之間隔足夠大的距離，以便使被釋放的氨或胺的氣體在容器到達測試站時到達容器的頂部區域。
44.根據權利要求43所述的系統，其特徵是用於注入水溶液的裝置包括使水溶液形成多個分離的流速並使分離的流速通過容器開口進入容器的裝置。
45.根據權利要求42所述的系統，其特徵是用於注入水溶液的裝置包括使水溶液形成多個分離的流速並使分離的流速通過容器開口進入容器的裝置。
46.根據權利要求42所述的系統，其特徵在於還包括用以將來自樣品雲霧的樣品與化學反應劑混合以便與樣品發生化學反應而產生化學發光的裝置;以及用以分析來自化學發光的光輻射以測定是否存在銨或胺鹽的裝置。
47.向以可變速度通過注入站的間隔開來的容器中注入流體的系統，包括在該注入站當容器經過時通過每個容器的開口注入噴射的流體的裝置;檢測每個容器接近注入站的速度的速度檢測裝置;響應速度檢測裝置以便確定接近注入站的容器開口位置的位置傳感器;在容器開口的前沿基本與注入裝置對準之後不久，響應位置傳感器以便開啟注入裝置的噴射開啟裝置;在容器開口的後沿與注入裝置對準之前關閉注入裝置的噴射終止裝置;在此所有的噴射流體基本上都注入到容器中並且不與容器的外部相接觸。
48.採樣和測定容器中是否存在一種物質的系統，包括傳輸多個容器以可變的速度和間隔通過添加劑注入站和測試站的傳送帶裝置;噴嘴裝置用以在添加劑站迅速使化學添加劑水溶液的射流通過容器的開口注入到容器中以便促進來自容器的該物質氣體的釋放;速度檢測裝置用以檢測每個接近添加劑注入站的容器速度;位置傳感器裝置響應速度檢測裝置以確定接近添加劑注入站的容器的開口的位置;噴射啟動裝置響應位置傳感器裝置以便容器開口的前沿與噴嘴裝置對準後不久開啟噴嘴裝置;噴射終止裝置在容器開口的後沿與噴嘴裝置對準之前關閉噴嘴裝置;以及用以分析釋放出的氣體樣品以便測定在容器中是否存在該種物質的裝置。
49.採樣和測定容器中是否存在一種物質的系統，包括傳輸多個容器以可變的速度和間隔通過添加劑注入站和測試站的傳送帶裝置;噴嘴裝置用以在添加劑站迅速地將化學添加劑水溶液的射流通過容器的開口注入到容器中，以便促進該種物質的氣體的釋放，該水溶液以足夠的速度注入以便將被釋放的大部分氣體排放到容器頂部區域;速度檢測裝置用以檢測每個接近添加劑注入站的容器的速度;位置傳感器裝置響應速度檢測裝置以確定接近添加劑注入站的容器開口的位置;噴射啟動裝置響應位置傳感器裝置以便在容器開口的前沿與噴嘴裝置對準後不久開啟噴嘴裝置;噴射終止裝置用以在容器的開口的後沿與噴嘴裝置對準前關閉噴嘴裝置;在測試站通過開口注入一種附加流體以便將頂部區域的一部分氣體排放到容器的外部區域，從而在鄰近容器開口處的容器外部形成樣品雲霧的裝置;以及分析樣品雲霧中的氣體樣品，以便測定在容器中是否存在該種物質的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種改進的方法和系統用以向容器中注入液體並檢測容器中是否存在某些物質(例如玻璃或塑料瓶中潛在的汙染物銨鹽或胺鹽)。本發明還提供了用以檢測瓶中的這些汙染物的高速系統和方法。氨和胺能夠通過在高速檢測過程中從瓶子中發射出的化學發光來檢測。將Na
文檔編號G01N21/76GK1102882SQ9410325
公開日1995年5月24日 申請日期1994年2月19日 優先權日1993年2月19日
發明者戴維·R·朗貝倫, 尤金·K·阿赫特, 戴維·H·法因, 弗裡曼·W·弗雷姆, 史蒂芬·J·麥多納德, 赫爾穆特·W·克洛茨克 申請人:可口可樂公司