可攜式濃度光電比色計的製作方法

2023-04-24 22:24:26 1

專利名稱：可攜式濃度光電比色計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可攜式濃度光電比色計，被測溶液的吸光度，通過顏色測量裝置直接顯示被測溶液的濃度。
以往的光電比色計採用多個(通常為4個)比色皿逐一推拉式的進樣方式，操作麻煩，浪費試液，特別是常因比色皿本身的差異和推拉時比色皿幾何位置的變化而影響分析結果的精密度和準確度。土壤中有效磷含量是科學施肥的重要依據，但是它的比色測定受到土壤中有機質的嚴重幹擾。為排除這種幹擾，可以採用波長λ＝880nm測定。如在660～720nm處測定，則應預先把試液用無磷活性碳脫除有機質，但是目前國內一般單位很少具有880nm的儀器，而市售活性碳又多含磷，活性碳除磷很麻煩，現有與分光光度計配套的流動進樣裝置多採用蠕動泵的形式，結構複雜，價格較貴。
本實用新型的目的在於避免上述現有技術中的不足之處，而提供一種除可見光外增加紅外光源，以擴展比色應用範圍。比色計控制鈕各用一個電子開關就實現了三個波長的轉換和T、A、C功能轉換，(T透射比、A吸光度、C濃度)，並具有流動進樣、結構簡單的濃度直讀光電比色計。
本光電比色計由光源檢測部分、進樣系統、主電路板、數字顯示四部分組成；依據光電比色原理，進行溶液濃度測定；光源有三種a、帶有波長420nm濾光片的白熾燈，b、波長為590nm的發光二極體，c、波長為880nm的紅外發光器件(後二者b、c不用濾光片)，可根據實驗要求用儀器面板上的波長選擇按鈕切換，單色光照射到比色皿上。再經1087光伏檢測器檢測，其信號經主電路板的放大器、對數轉換器、濃度示值調節器進行T、A、C轉換再通過A／D轉換器在數字顯示屏上顯示。
光源採用直流穩壓電源供電，發出波長為880nm，半寬度△λ＝40nm的紅外發光器件，達到國標測定土壤有效磷的要求，按國家標準測定土壤中有效磷在不用活性碳脫除有機質時，應用880nm波長的光，然而目前國內絕大多數單位沒有此設備，用普通的比色計或分光光度計(最高波長800nm左右)，測定土壤有效磷時必須加無磷活性碳脫有機質，而市售活性碳多含磷，活性碳除磷困難增加了操作的麻煩程度，所以用波長880nm紅外發光器件可以直接簡便地測定土壤有效磷，排除有機質的幹擾，避免了煩鎖處理過程。
採用的另一光源是波長為590nm，半寬度△λ＝40nm的黃色發光二極體，它與由白熾燈和濾光片組成的單色光源相比，壽命長、省電、發熱少、從而提高了整機的穩定性，特別是半寬度△λ＝40nm，不到普通玻璃濾光片(△λ＝90～100nm)的一半，半寬度越小，測定精度和靈敏度就越好，選用進口1087光伏檢測器，保證了本實用新型的使用波長範圍寬、靈敏度高、線性好，用電動薄膜泵將比色溶液吸進比色皿中，實現被測溶液半自動式更換，該泵受程序控制，並採取矽膠塗層和用防腐瓣膜等防腐措施，消除了現在廣泛應用的比色計或分光光度計推拉式進樣的不同比色皿間的配對誤差和推拉時的幾何位置誤差，並極大地簡化了操作和提高了分析速度，不同波長光源的轉換及透射比T、吸光度A、濃度C的轉換均採用電子開關，通過計數解碼器MC14017譯出不同碼，分別點亮不同光源燈，進行波長選擇，或接通繼電器，切換不同的輸出端分別顯示T、A、C；轉換時分別按動波長選擇按鈕和功能選擇按鈕，使4×2與非門集成塊MC14011產生單脈衝，推動計數解碼器輸出不同位置的解碼實現轉換，一般比色計T、A、C的轉換需用三個琴鍵開關，分別按下。本實用新型只用一個按鈕就實現了T、A、C的轉換。另一個按鈕實現波長轉換，克服了普通比色計手工更換濾光片的麻煩操作和機械位置不易對準的缺點。
優點效果1、在880nm波長下測定有機質的幹擾很小，可忽略不計，因而勿需用活性碳脫除有機質，這是本比色計的優點，沒有能力用880nm進行檢測的單位只需很少的投資就可獲得這種檢測的能力。
2、本比色計儘量採用發光二極體作光源，就半寬度來說，發光二極體比光學玻璃濾光片半寬度窄得多，(前者30～40nm，後者90～120nm)，所以本比色計有更高的靈敏度和選擇性。發光二極體耗電量小，發熱少，因此提高了整機的穩定性，使測得的數據準確可靠。
3、各用一個電子開關代替三隻互鎖的按鍵，使儀器的面板更加緊湊，操作方便，並由於指示燈與之同步變化，就使得波長選擇和功能選擇更直觀。
4、以對數／反對數放大器組件為核心元件專門設計的電路，保證了吸光度A對透射比T的高精度的跟蹤，測試結果準確可靠。
5、全部採用集成電路和板塊插接式結構，使生產、調試、維修方便，並使整機的線性度好，能準確地進行濃度直讀。
6、採用電動薄膜泵和流通式比色皿的進樣系統，簡化了操作，消除了普通儀器的比色皿間的配對誤差和幾何位置誤差，提高了實驗精度。
本比色計體積小、重量輕、便於攜帶、適合在農業、化工生產等部門推廣使用。
附圖的圖面說明如下

圖1本比色計外形圖。
圖2本比色計結構框圖。
圖3本比色計光源檢測器結構剖面圖。
圖4本比色計主電路板電路圖。
圖5本比色計功能選擇電路圖。
圖6本比色計波長選擇電路圖。
本實用新型的實施例結合附圖作進一步的描述圖1將電源線接於電源插座(12)，打開電源開關(11)，波長指示燈(2)的最上面燈亮，表示此時儀器使用波長為420nm，功能指示燈(3)之T燈亮，表示此時面板上的顯示屏(10)顯示之值為透射比T，處於外殼(13)表面上的進樣泵(14)自動啟動，此時如將進樣管(1)插於被測溶液中，溶液將被吸進比色皿中而由排液管(15)排出，波長指示燈(2)共有3支，從上至下分別表示420，590和880nm的三個光源的狀態。功能指示燈(3)也共有3支，從左至右分別表示透射比T，吸光度A和濃度C，輕觸波長選擇按鈕(9)可以選擇本比色計三個光源中的一個，而相應的波長指示燈同時點亮。輕觸功能選擇按鈕(8)儀器將按T→A→C的程序處於不同的功能狀態，而相應的功能指示燈亦同時點亮。進樣泵(14)的運轉時間為6秒，到時自動停止。重新輕觸泵啟動按鈕(7)進樣泵將重新工作6秒。
圖2的結構框圖表明本比色計進樣系統將樣品溶液抽進比色皿中，光源和濾光片發出的單色光被比色皿中的溶液吸收後，照射到檢測器上，它將此光信號轉換為電信號後傳輸給下一部分一主電路板，在這部分信號依次經放大器、對數轉換器和濃度示值調節器後再經A／D轉換由數字顯示屏(10)顯示。
圖3所示的光源檢測器中，光源有3個，它們分別是紅外發光器件(16)、黃色發光二極體(17)、白熾燈(18)和濾光片(19)發出藍光，依實驗要求選擇一種單色光經比色皿(20)中的溶液吸收後被檢測器(21)(1087光伏探測器)接收，並由它轉換為電信號從其輸出端①和②輸出。
圖4主電路板電路圖。說明電信號的處理過程，1087光伏探測器(21)的輸出端①和②輸出的電信號，送到運算放大器LF353的②腳放大，由腳①輸出一路送(對數／反對數)放大器組件755N的④腳進行對數轉換，另一路經繼電器J1接通數字顯示屏(10)UP135顯示透射比T。信號經755N轉換成對數值後由腳①③輸出一路送LF353腳⑤以進行濃度轉換，另一路經繼電器J2接通數字顯示屏UP135顯示吸光度A。LF353腳⑦輸出的信號經繼電器J3接通數字顯示屏UP135顯示濃度C。
對數轉換器的755N對數／反對數放大器組件的線路連接，經穩壓的2.4伏分壓，通過1K電位器向755N腳⑨提供100毫伏參考電壓並由755N的①③腳輸出，使器件按照K＝1的工作曲線工作，保證了吸光度A對透射比T的準確轉換，腳①和腳③短接其輸出的信號與由腳④輸入的信號關係就符合K＝1的器件工作曲線也完全符合朗伯一比耳比色定律A＝εbc＝－lgT A吸光度 ε摩爾吸收係數(L／(cm·mol)) b光路長度(cm) c濃度(mol／L) T透射比結合圖5和圖6，分析信號處理後的分段顯示以及器件聯接方式，圖5和圖6所示的電路，表明它們是各由三隻美國莫託羅拉公司產的集成電路組成的切換電路用的電子開關，但圖5是依次驅動三隻繼電器J1、J2、J3，而圖6則是依次驅動三隻波長不同的光源燈(16)(17)(18)(燈在圖3中)。
圖5圖6集成電路MC14011是4×2與非門，集成電路MC14017是十選一計數解碼器，集成電路MC1413是七達林頓陣列，開機通電後，由MC14011的二隻2與非門A和B組成的開機清零電路，產生一個脈衝，由B的腳③輸出到MC14017的腳
使MC14017清零，MC14017輸出解碼0，即在腳③輸出高電位，送入MC1413的腳④後增加驅動能力。在圖5電路此時繼電器J1吸合J1－1接通UP135數字顯示屏顯示LF353腳①輸出的透射比T，J1－2這組接點則接通數字顯示屏的小數點，透射比T滿度為100.0用旋鈕(6)調節。第二步應顯示吸光度A。圖5電路中輕觸按鈕(8)，由MC14011的C和D兩個門組成的單脈衝發生器，便產生觸發脈衝，由D的腳
輸入MC14017的腳
，使其輸出解碼1，即高電位移到腳②輸出，經MC1413另一組達林頓管，驅動J2繼電器，J2－1接通UP135使它顯示755N①③腳輸出的吸光度A，J2－2這組接點則接通吸光度值A相應的小數點，用旋鈕(5)調節。第三步應顯示濃度C，再次輕觸圖5中的按鈕(8)，單脈衝發生器再次產生脈衝，使MC14017產生解碼2，高電位由其腳④輸出，經MC1413使繼電器J3吸合，把LF353⑦腳輸出接到UP135顯示濃度C。定位時調節濃度旋鈕(4)，使其顯示已知濃度值，如果再按按鈕(8)，MC14017輸出解碼3，由腳⑦輸出，用它也可以把MC14017清零，此時的T.A.C切換又回到顯示透射比T。圖6和圖5的邏輯電路相同，使用方法也相同，區別在於圖6的執行部件為三個不同波長的發光器，分別按選擇工作。圖5的執行部件為三個繼電器，分別顯示T.A.C。
權利要求1.可攜式濃度光電比色計，由光源檢測部分、進樣系統、主電路板、數字顯示四部分組成，單色光照射到比色皿上，再經檢測器檢測，其信號經主電路板的放大器、對數轉換器、濃度示值調節器進行T.A.C轉換，再通過A/D轉換器在數字顯示屏上顯示，其特徵在於a、光源(16)採用直流穩壓電源供電，發出波長為880nm，半寬度△λ=40nm的紅外發光器件，光源(17)波長為590nm，半寬度△λ=40nm的黃色發光二極體b、用電動薄膜泵(14)將比色溶液吸進比色皿(20)中，實現被測溶液的半自動更換，該泵受程序控制，並採取用矽膠塗層和防腐瓣膜等防腐措施；c、不同波長光源的轉換，及透射比T、吸光度A、濃度C的轉換均採用電子開關(9)、(8)。通過計數解碼器MC14017譯出不同碼，分別點亮不同的光源燈，進行波長選擇，或接通繼電器，切換不同的輸出端分別顯示T.A.C；
2.根據權利要求1所述的光電比色計，其特徵在於對數轉換器的755N對數／反對數放大器組件的線路連接，通過1K電位器向755N腳⑨提供100毫伏參考電壓，並由755N的①③腳輸出，使器件按照K＝1的工作曲線工作，保證了吸光度A對透射比T的準確轉換。
專利摘要可攜式濃度光電比色計，由光源檢測部分、進樣系統、主電路板、數字顯示四部分組成；光源採用波長為880nm的紅外發光器件，波長為590nm的發光二極體及帶有420nm濾光片的白熾燈。用電動薄膜泵將比色溶液吸進比色皿中。不同波長以及T.A.C轉換，採用電子開關控制，對數轉換器線路保證吸光度A對透射比T的準確轉換，解決測磷時有機質幹擾、新舊比色溶液更換麻煩、波長、功能選擇切換等問題。本比色計簡化操作、實驗精度高、體積小、便於攜帶，適合在農業、化工等部門推廣使用。
文檔編號G01N21/25GK2164042SQ9321858
公開日1994年5月4日 申請日期1993年7月19日 優先權日1993年7月19日
發明者趙蔚藩, 南春波, 陳璞翔 申請人:中國農業科學院土壤肥料研究所