一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法
2023-05-16 17:14:41 2
一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，該方法通過恆溫腔控制溫度，結合當前條件下光源、光電轉換器和待測物的函數，通過算法消除波寬和溫度造成的理論誤差，最終獲得校正後的近似值。通過上述方法，通過控制溫度在小範圍波動，並對已獲得數據的進一步分析和處理，減小由於環境溫度變化和光源譜寬產生的誤差，獲得更高精度的數據。本發明方法能夠有效減小由於光源譜寬和溫度變化而產生的誤差，從而提高在線分光光度法檢測設備的可靠性。
【專利說明】一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及儀器分析領域，特別是一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法。
【背景技術】
[0002] 物質對光的選擇性吸收，以液體為例，基本定律是朗伯比爾定律，它表明：當一束 單色光通過含有系光物質的溶液後，溶液的吸光度與吸光物質的濃度及吸收層厚度成正 比。
[0003] 在朗伯比爾定律的推導中，至少有三個假設是與實際不符的：第一：假設採用的 光源是單色光；第二：入射光是平行光：第三：吸光粒子的行為相互無關，而且不論其數量 和種類如何都是如此。此外，樣品的預處理、測量的光程、雜散光的影響、噪聲的影響、光譜 寬度的影響、化學因素的影響以及其他因素的影響都會使定律發生偏移，特別在待測物濃 度較低的時候溫度也有較明顯的影響。
[0004] 對同一物質，濃度不同時，同一波長下的吸光度A不同，但其最大吸收波長的位置 和吸收光譜的形狀不變。雖然對於同一物質，在一定的波長下，隨著濃度的增加，吸光度A 也相應增加，但是不同波長處吸光度A增加的增幅是不同的，在最大吸收波長處，增幅最 大。
[0005] 光源光強隨著時間、溫度和工作電壓等條件變化，但是他們的光譜形狀是不會發 生變化。光電轉換器的轉換能力隨著波長的變化而變化；隨著溫度的變化，光電轉換器的轉 換能力也會發生變化；光電轉換器的轉換能力不隨著時間的推移而發生偏移。
[0006] 在線自動分析儀器中，應用分光光度法的儀器，光源一般採用的是發光二極體，檢 測器一般採用的是光電池。發光二極體的光譜寬度一般都是幾十納米，並且常常不能夠找 到待測物最大吸收波長與發光二極體最強發光波長相吻合的發光二極體。發光二極體的發 光光譜，最大發光光強處的波長和形狀都不隨著溫度、時間等發生變化，但是峰高與時間、 溫度以及電壓等因素有顯著相關性。更重要的是，在線自動儀器不可能像實驗室測試那樣， 每測試一組數據都會繪製一個標準曲線。在實際中，在線自動分析儀器一次標準曲線間隔 一般都是以天為單位，晝夜間的誤差對整個檢測系統都有影響，而一天的工作時間對光源 本身也有較明顯的影響。在這種情況下，理論誤差都比較大，如果在考慮機械誤差、操作誤 差和隨機誤差，則整體誤差就會更大，儀器數據可靠性降低。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是現有技術中環境溫度變化和光源譜寬對測量濃度 產生的影響，而提供了一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，採用本發明中的方法， 能夠在其他輔助裝備情況下，有效減小由於光源譜寬、溫度變化而產生的誤差，從而提高在 線分光光度法檢測設備的可靠性、準確率和線性範圍。
[0008] 本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案：
[0009] 根據本發明提出的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一、在溫度為T- Λ t至T+ Λ t的條件下，建立發光單元的光源特徵函數、比色 單元待測液吸光度特徵函數和光電轉換單元特徵函數；其中，T是依據待測液的顯色反應 對溫度的敏感程度設定的溫度，At是根據分光光度系統對溫度的敏感程度設定的浮動溫 度；
[0011] 步驟二、將發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元均設置在恆溫腔內；
[0012] 步驟三、建立工作標準曲線函數，具體如下：
[0013] (301)、控制發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元的實際溫度設置在T-At 至T+At之間；
[0014] (302)、計算濃度為Ci的標準溶液吸光度』f I其中，i = 1，2, 3,......η，η為大於 3的整數；
[0015] (303)根據步驟一中已建立的比色單元待測液吸光度特徵函數，計算工作標準曲 線函數；具體如下：
[0016] (3031)、計算在入射光的波寬為lnm，光源峰值波長λ a處的標準液標準曲線函數 Ia(C1A)；
[0017] (3032)、根據步驟一中已建立的光源特徵函數，計算在光源波寬從Ab至λ。情況 下的標準液標準曲線函數I b(C，A);
[0018] 其中，λ b為波寬起始波長，λ。為波寬終止波長；
[0019] (3033)、計算去除溫度理論誤差的實測吸光度4 =# + (為r -為,），其中
【權利要求】
1. 一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於，包括w下步驟： 步驟一、在溫度為T- A t至T+ A t的條件下，建立發光單元的光源特徵函數、比色單元 待測液吸光度特徵函數和光電轉換單元特徵函數；其中，T是依據待測液的顯色反應對溫 度的敏感程度設定的溫度，At是根據分光光度系統對溫度的敏感程度設定的浮動溫度； 步驟二、將發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元均設置在恆溫腔內； 步驟H、建立工作標準曲線函數，具體如下： (301) 、控制發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元的實際溫度設置在T-At至 T+At之間； (302) 、計算濃度為。的標準溶液吸光度其中，i = 1，2, 3,......n，n為大於3的 整數； (303) 根據步驟一中已建立的比色單元待測液吸光度特徵函數，計算工作標準曲線函 數；具體如下： (3031) 、計算在入射光的波寬為Inm，光源峰值波長A。處的標準液標準曲線函數 la(C，A); (3032) 、根據步驟一中已建立的光源特徵函數，計算在光源波寬從Ab至乂。情況下的 標準液標準曲線函數lb(C，A); 其中，^ b為波寬起始波長，^。為波寬終止波長； (3033) 、計算去除溫度理論誤差的實測吸光度4 = <* + (為r -為,），其中
'計算標準液標準曲線函數 lc(C，A); 其中，《 (A，T)是光電轉換單元特徵函數在溫度為T時光電轉化率與波長的函數， f (入，T)是光源特徵函數在溫度為T時發光單元的光強與波長的函數，( A，。，T)是比色 單元待測液吸光度特徵函數在溫度為T、濃度為。時待測液吸光度與波長的函數，《( A，t) 是光電轉換單元特徵函數在溫度為t時光電轉化率與波長的函數，f (A, t)是光源特徵函 數在溫度為t時發光單元的光強與波長的特徵函數，(A，。，t)是比色單元待測液吸光 度特徵函數在為溫度為t、濃度為。時標準溶液吸光度與波長的函數； (3034) 、計算得到工作標準曲線函數，UC，A) =le(C，A)-Qb(C，A)-la(C，A)); 步驟四、測量實際待測液，具體為： (401) 將恆溫腔的溫度設定在T- A t至T+ A t之間，得到入射光的光電壓I。，再將待測 液引入比色單元中，測量待測液出射光的光電壓It,並分別記錄現行條件下發光單元、待測 液比色單元和光電轉換單元的實際溫度t，tG (T-At，T+At); (402) 、根據吸光度公式；4 = ig^，計算得到待測液的吸光度4 ; (403) 、根據工作標準曲線函數1。(。A)，計算吸光度所對應的濃度值C。； (404) 、計算在恆溫腔設定溫度T條件下的待測液的吸光度 4. A〇 +(Ag(c〇,r)- ，其中，
其中，(A, Ca，T)為溫度為T、濃度為C。時待測液吸光度與波長的特徵函數， ( A，C。，t)為溫度為t、濃度為C。時待測液吸光度與波長的特徵函數； (405)、根據工作標準曲線1。(C，A)，計算吸光度Ai所對應的濃度值Cl，Cl即為所測待測 液的濃度。
2. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述恆溫腔連續或者分開；恆溫腔為一個時，發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元均 設置在一個恆溫腔內；恆溫腔為H個時，發光單元、待測液比色單元和光電轉換單元分別 --對應設置在H個恆溫腔內。
3. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述恆溫腔內側採用保溫材料，採用溫度控制措施控制恆溫腔的溫度，恆溫腔內有用於實 時反饋實際溫度的熱探頭。
4. 據權利要求3所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於，所 述溫度控制措施為採用TEC半導體製冷片控制恆溫腔的溫度。
5. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述恆溫腔內壁採用保溫材料，保溫材料為木材或者塑料。
6. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述步驟二中恆溫腔的設定溫度的範圍為18C?22C。
7. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述光源特徵函數是光源發光強度與溫度、波長的關係，比色單元待測液吸光度特徵函數 是待測液吸光度與波長、溫度和濃度之間的關係，光電轉換單元特徵函數是光電池輸出光 電壓與溫度、波長之間的關係。
8. 根據權利要求1所述的一種基於吸光光度法的在線測量濃度的方法，其特徵在於， 所述（302)具體如下： (3021) 、將已知濃度為。的標準溶液進入至待測液比色單元中，溫度調整到T-At至 T+At，測量實際溫度t; (3022) 、採用發光單元發射入射光至標準液後得到出射光，測量出入射光的光電壓為 I。、出射光的光電壓為/;'，根據吸光度公式：= tefh計算得到標準液的吸光度
【文檔編號】G01N21/01GK104390921SQ201410738229
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】張歡, 洪陵成, 屈建喜 申請人:河海大學