水中糖含量的比色檢測方法及裝置的製作方法

2024-01-31 05:11:15

專利名稱：：水中糖含量的比色檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種水中糖含量的比色檢測方法以及特別涉及可對水溶液中微量糖進行測定的或在線監測的糖比色檢測方法，屬化學分析和水環境監測分析領域。
背景技術：
：糖通常分為單糖、雙糖和多糖。當糖溶於水時，單糖及含有半縮醛羥基的雙糖在水溶液中能發生互變異構現象，開鏈結構與環狀結構具有一定的平衡，因此具有還原性，也稱為還原糖。蔗糖、澱粉、纖維素等多糖都是非還原糖，但它們在酸或酶的作用下可水解為單糖，故其水解液有還原性。水中含糖量過大，會使鍋爐產生糖垢，糖垢之所以稱其為百害之源，關鍵在於它是熱的不良導體，鍋爐蒸發麵上結有糖垢，導熱性能降低，降低了鍋爐的出力，使鍋爐內水的蒸發量減少。為提高爐膛溫度，增加鍋爐的出力，必然要增加燃料消耗，造成能量浪費。因此，需要隨時對工業排放水體進行快速分析，提供水中糖即時含量的數據，實施對糖廠的工業排放水體中進行糖含量的在線監測，以及時採取相應措施，確保企業鍋爐的正常安全運行。目前，測定低含量糖的方法主要蒽銅比色法，斐林氏容量法。蒽銅比色法是糖與硫酸反應脫水生成羥甲基呋喃甲醛，生產物再與蒽銅縮合成蘭色化合物，其顏色深淺與溶液中糖的濃度成正比，可比色定量。但它對被測糖液有一定的濃度範圍限制，並要求被檢測液澄清，在大多數情況下，要求不含有澱粉和糊精，這就要在測定前將澱粉，糊精去掉，因此操作複雜，限制了其廣泛應用。斐林氏容量法比色法樣品溶液不必轉化，而是直接取濾液進行滴定，還原糖的適宜的檢測濃度為0.2-0.5%。俚斐林氏容量法反應複雜，影響因素較多，而且結果不準確，操作煩瑣，迅速慢，試劑穩定性差。
發明內容本發明的目的是提供一種操作簡單、快捷可靠、試劑無毒和運行費用低廉的檢測水中糖的方法及專用於該方法的低含量糖檢測裝置，以克服傳統的蒽銅比色法，斐林氏容量法等低含量糖檢測方法存在的操作繁瑣、試劑有毒或試劑不能長期保存等缺點，並實現水中糖的自動在線檢測。本發明檢測糖含量的方法如下以濃硫酸溶液為氧化劑，a-萘酚為顯色劑，將定量的待測水樣注入反應器中，與試劑濃硫酸和a-萘酚反應，糖與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生物，進一步與a-萘酚縮合生成紫色縮合物，反應物經光電比色計測量並記錄液流中反應的紫紅色縮合物對595nm波長光吸收後透過光強度的變化值，獲得有相應峰高和峰寬的響應曲線，將曲線的峰高與已知糖濃度的標樣水測得的光吸收曲線的峰高相對照，通過比較計算獲得水樣中糖含量值。本方法涉及的化反應如下以濃硫酸溶液作為氧化劑，樣品中的糖類化合物與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生formulaseeoriginaldocumentpage4經甲基糠醛所生成的糠醛及其衍生物在濃硫酸的條件下與a-萘酚反應生成紫色縮合物cformulaseeoriginaldocumentpage4糠醛及其衍生物的生成量隨著糖的濃度增加而增加，反應生成紫色縮合物增多，即紫色的色澤深度與糖濃度呈線性關係，因此可用595nm波長光照射，通過光電轉換器測得光電壓值，獲得有相應峰高的響應曲線，通過與已知標樣的測定值相比較，計算出水樣中的糖濃度。本發明設計了實施上述對水中含糖量的檢測方法的專用的檢測裝置。所說水中含糖量檢測裝置，包含反應器、輸送泵、光電流通池、二通換向閥、五通換向閥、六通換向閥和第一第五共五個三通電磁閥，其間通過毛細管路連成系統；所說的二通換向閥接口l和接口2之間為通或斷，其中，第l接口與反應器相連，第2接口與五通換向閥的第2接口個連接；所說的五通換向閥設有圓周排列的第1第5接口；第1接口與第2接口之間為通或斷，第4接口可轉換地與第3或第5接口相通；當第4接口與第5接口為通時，第1接口與第2接口為通；當第4接口與第3接口為通時，第1接口與第2接口為斷；其中，第l接口和第3接口分別與光電流通池和反應器相連；所說的六通換向閥設有圓周排列的第1第6接口，第1接口可轉換地與第2或第6接口相通，第4接口可轉換地與第3或第5兩接口相通，當第1接口與第2接口相通時；第4接口與第3接口相通；當第1接口與第6接口相通時，第4接口與第5接口相通；其中，第1接口與第4接口之間連有試劑定量環，第2接口與試劑瓶相連，第3接口與試劑回收液瓶相連，第5接口與大氣相通，第6接口與反應器相連；所說的五個電磁閥均設有三個接口，各電磁閥中的第2接口均可轉換地與各自的第1接口或第3接口相通；其中，第一電磁閥的第1接口、第3接口分別與蒸餾水、水樣相通，第2接口與第二電磁閥的第3接口相連；第二電磁閥的第1接口與第二標樣相通，第2接口與第三電磁閥的第3接口相連；第三電磁閥的第1接口與第一標樣相通，第2接口與第四電磁閥的第3接口相連；第四電磁閥的第1接口與大氣相通，第2接口與五通換向閥的第4接口之間連有樣品定量環；第五電磁閥的第1接口與反應器相連，第2接口與輸送泵相連，第3接口與五通換向閥的第5接口相連。所說的輸送泵是蠕動泵。所說的第三電磁閥的第2接口與第四電磁閥的第3接口之間設有一個光電報警器。所說的水樣進口裝有能差分離器。本裝置可控制各閥的有序切換而改變系統毛細管通路，使樣品的含糖量檢測步驟有序進行。輸送泵先將水樣送入五通閥換向閥和第四電磁閥之間的定量採樣環中；a-萘酚與硫酸的混合試劑通過高位吊瓶自由充滿六通換向閥的試劑定量環；然後蠕動泵把水樣定量環內的定量水和試劑定量環內的定量試劑分別輸送至反應器內，混合反應一段時間後，啟動輸送泵，將變色後的反應液送入流通池，通過光電轉換器測定光電壓值，獲得有相應峰高的響應曲線。通過與已知標樣的測定值相比較，計算出水樣中的糖濃度。本發明採用在濃硫酸氧作用下，以a-萘酚作為顯色劑，通過光電比色進行水中糖含量的檢測，方法簡單，精確度高，可檢測低糖含量的水，克服了蒽銅比色法，斐林氏容量法等方法存在的操作繁瑣、試劑有毒或試劑不能長期保存、儀器價格昂貴的缺點。本方法專用的檢測裝置以毛細管及多個轉換閥連成系統，通過對各閥的有序切換，水樣和試劑通過蠕動泵和毛細管輸送，在流動狀態下完成檢測過程，操作簡便快捷，並可實現自動化控制，特別可用於對糖廠回用水中含糖量的自動在線監測。水樣和試劑分別由長度固定的毛細管(即定量環)正確定量，檢測數據精確可靠，可適用於對水中低含量糖的檢測。本裝置一次檢測的水樣僅lml，試劑2ml，消耗量極小，運行費用低廉，試劑無毒，無排放汙染。圖1圖3是糖含量的比色檢測裝置的系統結構示意圖，其中圖1是表示系統處於取樣狀態，圖2表示系統處於進樣狀態，圖3表示系統處於測量狀態。圖4(1)和圖4(2)分別為五通轉換閥V4的變換狀態。圖5(1)和圖5(2)分別為六通轉換閥V5的變換狀態。圖6(1)和圖6(2)分別為二通轉換閥V4的變換狀態。圖中標記表示為P-蠕動泵，M-反應器，H-試劑瓶，S-水樣，Bl-第一標樣，B2-第二標樣，K-光電報警器，F-能差分離器，Ll-樣品定量環，L2-試劑定量環，Wl-第一廢液出口，W2-第二廢液出口，N-試劑液回收瓶，Vl-第一電磁閥，V2-第二電磁閥，V3-第三電磁閥，V7-第四電磁閥，V8-第五電磁閥，V4-二通轉換閥，V5-五通轉換閥，V6-六通轉換閥。具體實施方式實施例1本實施例結合本發明低含量糖檢測裝置的結構及用它檢測水中糖含量的方法。如圖1，本檢測裝置包含反應器M、蠕動泵P、光電流通池、二通換向閥V6、五通換向閥V4、六通換向閥V5和第一電磁閥VI、第二電磁閥V2、第三電磁閥V3、第四電磁閥V7、第五電磁閥V8，其間均通過內徑為0.5lmm的聚四氟乙烯毛細管連成系統。各電磁閥均為三通閥。圖4(1)、圖4(2)是五通換向閥V4的兩種轉換狀態圖4(1)狀態下，接口4與接口5為通，接口1與接口2為通(即V4A態)；圖4(2)狀態下，接口4與接口3為通，接口1與接口2為斷(即V4B態)。圖5(1)、圖5(2)是六通換向閥V5的兩種轉換狀態圖5(1)狀態下，接口1與接口2相通，接口4與接口3相通(即V5A態)；圖5(2)狀態下，接口1與接口6相通，接口4與接口5相通(即V5B態)。圖6(1)、圖6(2)是二通換向閥V6的兩種轉換狀態，圖6(1)狀態下，接口l與接口2之間為通(即V6A態)，圖6(2)狀態下，接口l與接口2之間為斷(即V6B態)。以上轉換閥V6、V4和V5均含有閥芯和閥座，閥內接口之間的通/斷關係通過閥芯的旋轉而轉換。下面結合本檢測裝置的實施流程及操作過程。—.採樣程序將電磁閥V8、V7、V3、V2和V1均調為接口2與3相通，將換向閥V4轉至圖4(1)的狀態A，同時將六通閥V5轉至圖5(1)的狀態A。啟動蠕動泵P順時針旋轉(泵處於吸入狀態)。見圖l，在蠕動泵P的作用下，樣品水S按以下流路流動S—Vl接口3—2—V2接口3—2—V3接口3—2—報警器K—V7接口3—2—定量環Ll—V4接口4—5—V8接口3—2—蠕動泵一Wl。即樣品水S在蠕動泵P作用下，按上述路線流動最後從廢水出口Wl流出。在此過程中，定量環L1內充滿了樣品水。同時，試劑瓶H內的試劑(硫酸與a-萘酚的混合液)以高位自由流入閥V5，流路為H—V5接口2—1—定量環L2—4—3—N。試劑按上述流路流入回收瓶N，在此過程中，定量環L2內充滿了試劑。完成水樣和試劑的採樣過程。報警器K內含有流通池，利用該流通池內有、無樣品(水)而產生的光電壓不同的原理，在未採到樣口品時，因電壓低，即會自動報警。為防止>0.8mm顆粒雜質進入檢測系統，可將水樣通過能差分離器F(專利號011082496)，使水中較大的顆粒雜質因重力向下運動，避免進入水樣S中。二.進樣程序採樣程序完成後，即轉換V5至圖4(2)狀態，V5轉換至圖5(2)狀態，將電磁閥V8和V7的接口2均變換為與接口1相通，此時，L1和L2的末端元氣與空氣相通。系統如圖2狀態，蠕動泵P順時針旋轉(泵處於吸入狀態)。見圖2，在蠕動泵P作用下，定量環Ll的水樣按流路L1—V4接口4—接口3—M，水樣被吸入反應器M;與此同時，試劑H按流路L2—V5接口1—接口6—M，顯色劑也被被入反應器M。進樣完畢，停泵P。三.測量程序水樣和試劑在反應器內反應後，將閥V4轉至圖4(1)狀態，將閥V5轉至圖5(2)狀態、閥V6轉至圖6(2)狀態，電磁閥V8的接口2與接口1相通，使系統如圖3的測量狀態。啟動蠕動泵P逆時針旋轉。如圖3，在蠕動泵P作用下，反應器M內的反應液被推向流通池R，由光電比色計測得紫紅色縮合物對波長595nm光吸收後透過光強度的變化值，獲得有相應峰高和峰寬的響應曲線，經與標樣B1和B2在同等條件下測得的響應曲線比較，計算獲得水樣中糖的值。本裝置在每次測試之前，需對系統進行清洗。即通過對各閥的轉換，藉助於蠕動泵的作用將蒸餾水按預定的管路流入反應器M或流通池R，然後作為廢液流出系統，使反應器M、流通池R、樣品定量環L1及其間的管路得到蒸餾水清洗；另外，將閥V5轉至圖5(1)態，使試劑H從高位自由流過試劑定量環L2並流入回收瓶N，使清洗試劑定量環L2得到新鮮試劑的清洗。實施例2水樣糖含量檢測實例1.配置試劑配製含糖水樣品糖濃度為30mg/L:用純蔗糖和蒸餾水配製而成。配製顯色劑甲萘酚-濃硫酸，10g/L溶液取10g甲萘酚，用濃硫酸定容至IOOOL，配製標樣配製一組標樣，每組兩個標樣，糖含量(mg/1)分別為第一組標樣Bl:0mg/1(不含糖的蒸水)，標樣B2:80mg/1。2.實驗先對檢測裝置清洗後，依次進行進樣、樣品切入、反應、測量程序進行糖的檢驗。反應時間:120秒。以第一組標樣為對照，進行標樣和樣品1的測定，數據如下表濃度mg/L基線峰值吸光度測定濃度mg/Ltableseeoriginaldocumentpage7從以上測試數據可見，本方法對低糖水樣的糖濃度檢測值與樣品的實際濃度值之間的誤差極小，說明檢測精確度很高。權利要求水中糖含量的比色檢測方法，其特徵是以濃硫酸溶液為氧化劑，α-萘酚為顯色劑，將定量的待測水樣注入反應器中，與試劑濃硫酸和α-萘酚反應，糖與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生物，進一步與α-萘酚縮合生成紫色縮合物，反應物經光電比色計測量並記錄液流中反應的紫紅色縮合物對595nm波長光吸收後透過光強度的變化值，獲得有相應峰高和峰寬的響應曲線，將曲線的峰高與已知糖濃度的標樣水測得的光吸收曲線的峰高相對照，通過比較計算獲得水樣中糖含量值。2.權利要求1檢測方法的專用裝置，其特徵是包含反應器、輸送泵、光電流通池、二通換向閥、五通換向閥、六通換向閥和第一第五共五個三通電磁閥，其間通過毛細管路連成系統；所說的二通換向閥接口l和接口2之間為通或斷，其中，第l接口與反應器相連，第2接口與五通換向閥的第2接口個連接；所說的五通換向閥設有圓周排列的第1第5接口；第1接口與第2接口之間為通或斷，第4接口可轉換地與第3或第5接口相通；當第4接口與第5接口為通時，第l接口與第2接口為通；當第4接口與第3接口為通時，第l接口與第2接口為斷；其中，第l接口和第3接口分別與光電流通池和反應器相連；所說的六通換向閥設有圓周排列的第1第6接口，第1接口可轉換地與第2或第6接口相通，第4接口可轉換地與第3或第5兩接口相通，當第1接口與第2接口相通時；第4接口與第3接口相通；當第l接口與第6接口相通時，第4接口與第5接口相通；其中，第1接口與第4接口之間連有試劑定量環，第2接口與試劑瓶相連，第3接口與試劑回收液瓶相連，第5接口與大氣相通，第6接口與反應器相連；所說的五個電磁閥均設有三個接口，各電磁閥中的第2接口均可轉換地與各自的第1接口或第3接口相通；其中，第一電磁閥的第1接口、第3接口分別與蒸餾水、水樣相通，第2接口與第二電磁閥的第3接口相連；第二電磁閥的第1接口與第二標樣相通，第2接口與第三電磁閥的第3接口相連；第三電磁閥的第1接口與第一標樣相通，第2接口與第四電磁閥的第3接口相連；第四電磁閥的第1接口與大氣相通，第2接口與五通換向閥的第4接口之間連有樣品定量環；第五電磁閥的第1接口與反應器相連，第2接口與輸送泵相連，第3接口與五通換向閥的第5接口相連。3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵所說的輸送泵是蠕動泵。4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵所說的第三電磁閥的第2接口與第四電磁閥的第3接口之間設有一個光電報警裝置。5.根據權利要求2所述的裝置，其特徵所說的水樣進口裝有能差分離器。全文摘要本發明涉及一種水中糖含的比色檢測方法，以在濃硫酸的條件下，α-萘酚作為顯色劑，使糖與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生物，進一步與α-萘酚縮合生成紫色絡合物，反應物經光電比色計測量並記錄液流中反應的紫紅色縮合物對595nm波長光吸收後透過光強度的變化值，獲得有相應峰高和峰寬的響應曲線，將曲線的峰高與已知糖濃度的標樣水的光吸收曲線的峰高相對照，通過比較計算獲得水樣中糖含量值。本發明可對水或溶液中低含量糖含量在線檢測，過程簡便快捷，檢測數據精確可靠，用於一次檢測注入的水樣僅50μl～1ml，一次消耗的試劑量極小，運行費用低廉，試劑安全無毒。文檔編號G01N21/78GK101793839SQ20101902606公開日2010年8月4日申請日期2010年2月8日優先權日2010年2月8日發明者洪陵成申請人:江蘇德林環保技術有限公司