專利名稱：水溶液的鹽濃度的確定的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種確定水溶液的鹽濃度的方法。
背景技術：
存在許多確定水溶液中已知鹽的濃度的方法，尤其是使用溶液樣品的化學測量方法。
然而，存在許多取樣處理不可行或經濟方面上不可接受的情況。
例如，這些情況有如下領域需要檢測道路除冰劑并測量道路上的除冰劑殘余量的道路基礎建設冬季維護以使得稱職的維護人員能在適當時候做出決定再次噴灑道路除冰劑。
這個問題尤其還產生于農業(yè)食品工業(yè)。其可以是在制造過程中或結束時對產品含鹽量進行量化的問題。
其同樣可以是通過隨著時間追蹤例如酸奶等產品的奶漿的含鹽量來評估產品的老化的問題。
其同樣可以是確定由多種制造方法制造的鹽水中的廢鹽量的問題。
其還可以是確定游泳池中的氯化物含量的問題。
而且，該問題更普遍地產生于環(huán)境問題，這需要測量水溶液中的廢鹽并評估可能由其造成的鹽對土地的污染。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種如下確定水溶液中的鹽濃度的方法無需對待檢溶液進行取樣就可以在與溶液接觸或不接觸的情況下進行確定。
為了實現該目的，本發(fā)明提供一種確定可能存在于包含至少一部分水的物質中的鹽濃度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 a)記錄被所述物質散射的波數在2500CHT1至4000CHT1范圍內的光子的拉曼光譜； b)在所述物質的給定溫度下，確定所述光譜對應于兩個特定波數的兩個點； c)計算表示所述點的兩個幅度的比值以獲得測量比；以及 d)將所述測量比與基準曲線圖進行比較，所述基準曲線圖表示作為所述鹽濃度的函數的各種溫度下的鹽濃度。
本發(fā)明清楚地構成對設定目的的良好響應，這是因為在可以于實驗室中執(zhí)行的初始階段中產生如下基準曲線圖其表示水溶液中的鹽濃度或更通常地表示不同溫度下物質中的鹽濃度以用作鹽濃度的函數。該初始步驟之后是只通過記錄待測物質的拉曼光譜以及對該記錄進行數字和邏輯處理來測量真正溶液或更通常地為真正待測物質的步驟。
顯然，用于實施本方法的裝置僅包括光子源、拉曼光譜儀和信息處理裝置。
因此實施本發(fā)明的裝置不需要與作為相位確定對象的物質之間進行接觸。
因此，用于實施本方法的所有裝置可以相對于待檢物質或相對于安置物質的支撐件移動。
因此，無論物質的外部條件如何，都可以進行確定。
應該指明，術語鹽的“水溶液”是指含有百分含量變化范圍非常大的鹽和水的任何物質。只需要存在微量的水。
為了確定所述曲線圖優(yōu)選執(zhí)行以下操作 記錄所述物質在不同濃度和不同溫度下的拉曼光譜； 針對各個拉曼光譜，確定所述光譜上與所述預定特定波數對應的兩個點； 計算表示所述兩個點的兩個幅度的比以獲得基準測量比；以及 在同一坐標系統(tǒng)中，確定各個溫度下的作為濃度函數的所述基準測量比的基準曲線。
顯然，可以在實驗室中根據待測水溶液樣品中確定該基準曲線圖。
所述濃度確定方法的特征優(yōu)選在于所述基準曲線圖的所述曲線是表示同一溫度下基準測量比的值的數學回歸曲線。
所述濃度確定方法的特征優(yōu)選在于在波數的子范圍內選擇兩個特定波數之一，在所述子范圍內，所述拉曼光譜表示進入所述物質的組合物中的鹽或者拉曼光譜由于所述鹽而相對于水的成分改變；在波數的另一子范圍內選擇另一特定波數，在所述另一子范圍內所述拉曼光譜整體代表水。
本發(fā)明的其它目的在于在上述方法在不同條件下檢測水溶液中的鹽量、或更籠統(tǒng)地說物質中的鹽量的應用，尤其是用于探測道路除冰劑并測量除冰劑在道路上的殘留量； 用于確定農業(yè)食品工業(yè)產品的鹽濃度；以及 用于探測廢水的水溶液中的廢鹽。


在閱讀了作為非限制性實例給出的本發(fā)明多個優(yōu)選實施例的以下描述更容易理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。參考如下附圖進行描述，其中 圖1示出了水溶液中的鹽的典型拉曼光譜(Raman spectrum)； 圖2示出了作為給定溫度下拉曼強度的函數的含鹽量的基準曲線的確定實例； 圖3示出了不同溫度下水溶液中鹽濃度的曲線圖的實例； 圖4示出了用于實施本發(fā)明的確定道路上除冰劑濃度的方法的設備； 圖4A示出了用于圖4所示設備中的信息處理裝置的主要元件；以及 圖5示出了分別用于氯化鈉溶液、醋酸鉀溶液和尿素溶液的拉曼光譜SA、SB和SC 的實例。
具體實施例方式如上所述，本發(fā)明的方法采用了拉曼光譜測定法。
該技術本身是眾所周知的，因而無需詳描。
這足以概括其一般原理。
當透明樣品受到單色電磁波照射時，一小部分光發(fā)生散射。
散射光的頻率分析呈現有波長與入射光波長相同的成分(彈性散射)以及包括波長與入射光束不同的的成分(非彈性散射)。
應用于拉曼光譜學的就是這種第二成分。該散射光束的拉曼光譜是電磁光束所應用到的材料特征。
下面描述了確定所識別出的水溶液的鹽濃度的方法。
本發(fā)明的方法包括在構造基準曲線圖的初始步驟之后確定待研究的水溶液的實際鹽濃度的步驟。
圖1示出了需要確定鹽濃度的溶液的拉曼光譜S,該拉曼光譜對應于給定溫度和給定鹽濃度。
在該附圖中，沿著橫坐標軸繪制波數，沿著縱軸繪制拉曼強度。
可以將波數的整個范圍PL分為兩個子范圍PLl和PL2，這兩個子范圍PLl和PL2 分別對應于表示進入溶液的成分中的元素或者由于該元素而造成拉曼光譜相對于水中的成分發(fā)生變化的區(qū)域、和整體表示上述元素的任何影響區(qū)域之外的水的區(qū)域。適當地選擇位于各個子范圍內的兩個特定波數Sl和S2，可以改善獲得基準曲線圖的方法的靈敏性。例如，對于表示進入組合物中的元素的波數，可以選擇出現在拉曼光譜中的特征峰值。
對于每個波數Sl和S2，自然地對應于曲線S上的點Pl或P2。每個點Pl和P2與表示拉曼強度的幅度相關聯(lián)。這種關聯(lián)可以是強度Il和12本身或者可以是點Pl和P2附近的有限彎曲部分的曲線S與橫坐標軸之間的面積Al和A2。然后計算這些代表性幅度之間的測量比Rm。
「_21 R = 1^S1J,C) — Al(SlJiC) “‘ I2(S2,T,C) AliS2,Τ,C) 這產生對應于預定鹽濃度和預定溫度的測量比Rm。然后，根據對應于相同溫度T 下的不同濃度的樣品來確定拉曼光譜。根據這些不同的測量值，可以在曲線圖上繪制出對應于相同溫度T下不同鹽濃度的不同點Ni。例如，在附圖2中，測量點Ni對應于固定溫度下的氯化鈉溶液。例如利用數學回歸法將不同測量點M擬合為例如對數刻度上的線性擬合以將該組測量值與代表曲線Di關聯(lián)起來。
然而，無需多言，對于其它鹽，這些曲線不需要為直線部分。
針對所關注溫度范圍內的不同溫度重復該操作。然后，可以在同一曲線圖上繪制不同的直線Di，直線Di將沿縱軸向上繪制的測量比Rm作為針對不同溫度Ti沿橫坐標軸繪制的濃度C的函數。由此，如圖3所示，獲得針對溫度Tl至Tn的曲線。
如圖3所示的曲線圖包括給出了測量比Rm與濃度之間關系的曲線，并且構成用于本發(fā)明方法的基準曲線圖。
—旦獲得待檢查的水溶液的基準曲線圖，可以利用本發(fā)明的方法通過執(zhí)行以下步驟來確定這種類型的任意水溶液的濃度。
確定待測水溶液的拉曼光譜和溶液的溫度。根據對應于所關注的水溶液的拉曼光譜S，確定對應于特定波數Pl和P2的點Pl和P2，這是圖1所示的類型。對于每個點Pl和 P2，利用強度本身或面積來確定與待測試的水溶液的特定實例對應的測量比Rm。以這種方式獲得一對包括測量比Rm和溫度T的值。
然后可以使用如圖3所示的基準曲線圖來確定水溶液的鹽濃度。當然，選擇與測量溫度對應的曲線Di，然后在曲線Di上選擇與確定的測量比對應的點，從而獲得水溶液的濃度。
下文將描述上述方法的不同應用。第一應用在于用于確定噴灑在道路上的道路除冰物質(例如NaCl)的水溶液的相位的設備。
如圖4所示，該設備包括具有拉曼探頭12的車輛10，拉曼探頭12安裝在車輛10 的外部并且指向已經噴灑有待測試水溶液的道路14。探頭12通過例如光纖16連接至車輛的機載裝置18。
機載裝置可以包括激光光源20和連接至光纖16的拉曼光譜儀22。光譜儀22向處理單元M發(fā)送信息，該信息對應于連續(xù)建立的拉曼光譜S。處理單元M可以自動地產生信息捕捉瞬間。
處理單元M與存儲器沈相連，存儲器沈用于存儲與基準曲線圖相關的數據、波數Sl和S2和用于處理所接收的拉曼光譜的軟件。
計算所接收的每個光譜的測量比Rm并將計算得到的測量比Rm與基準曲線圖進行比較以推導出水溶液的濃度。顯示屏幕觀使得操作者能看到結果。這些結果可以等同地構成裝置或方法的控制數據從而饋送至裝置或方法的控制循環(huán)。
當然，除了上述應用之外還可以構想出方法的其它應用。充分的是，這些應用依賴于物質(尤其是水溶液)中的鹽濃度，只要物質包含足夠量的水來應用本方法。
當然，根據所關注的用途，鹽可以是不同的。因此，鹽從包括氯化物、醋酸鹽、甲酸鹽、尿素或所述鹽的組合的組中選擇。
為了示出本發(fā)明應用的不同領域，圖5示出三個分別與氯化鈉、醋酸鉀和尿素對應的拉曼光譜SA、SB和SC。
對于每種鹽示出了液態(tài)的曲線I和固態(tài)的曲線II。這些拉曼曲線清楚地示出了對于每種鹽而言，可以選擇兩個能獲得非常精確的濃度測量的特定波數。
權利要求
1.一種鹽濃度確定方法，所述鹽可能存在于包含至少一部分水的物質中，其特征在于， 所述方法包括如下步驟a)記錄被所述物質散射的波數在2500cmcm-1至4000cm-l的范圍內的光子的拉曼光譜；b)確定在所述物質的給定溫度下所述光譜與兩個特定波數對應的兩個點；c)計算代表所述點的兩個幅度的比以獲得測量比；以及d)將所述測量比與基準曲線圖進行比較，所述基準曲線圖表示作為所述鹽濃度的函數的各種溫度下的鹽濃度。
2.一種根據權利要求1所述的濃度確定方法，其特征在于，為了確定所述曲線圖 記錄所述物質的在不同濃度和不同溫度下的拉曼光譜；針對各個拉曼光譜，確定所述光譜上與所述預定特定波數對應的兩個點； 計算代表所述兩個點的兩個幅度的比以獲得基準測量比；以及在同一坐標系統(tǒng)中，確定各個溫度下的作為濃度函數的所述基準測量比的基準曲線。
3.根據權利要求2所述的濃度確定方法，其特征在于，所述基準曲線圖的所述曲線是數學回歸曲線，所述曲線表示同一溫度下基準測量比的值。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的濃度確定方法，其特征在于，在波數的子范圍內選擇兩個特定波數中的一個，在所述子范圍內，所述拉曼光譜表示進入所述物質的成分中的鹽或者拉曼光譜由于所述鹽而相對于水的成分改變，在波數的另一子范圍內選擇另一特定波數，在所述另一子范圍內所述拉曼光譜整體上表示水。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的濃度確定方法，其特征在于，所述代表幅度是兩個特定波數的拉曼光譜的強度。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的濃度確定方法，其特征在于所述特定幅度是由拉曼光譜在所述點附近限定的面積。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的濃度確定方法，其特征在于所述鹽在如下群組中選擇，所述群組包括氯化物、醋酸鹽、甲酸鹽、尿素或所述鹽的組合。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法的一種應用，用于探測道路除冰劑并測量道路除冰劑在道路上的殘留量。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的方法的一種應用，用于確定農業(yè)食品工業(yè)產品的鹽濃度。
10.一種根據權利要求1至7中任一項所述的方法的應用，用于探測廢水的水溶液中的廢鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鹽濃度確定方法，所述鹽可能存在于包含至少一部分水的物質中，所述方法包括如下步驟a)記錄被所述物質散射的波數在2500cm-1至4000cm-1的范圍內的光子的拉曼光譜；b)確定在所述物質的給定溫度下所述光譜與兩個特定波數對應的兩個點；c)計算代表所述點的兩個幅度的比以獲得測量比；以及d)將所述測量比與基準曲線圖進行比較，所述基準曲線圖表示作為所述鹽濃度的函數的各種溫度下的鹽濃度。本發(fā)明優(yōu)選地不需要取樣并且可以是非接觸式的。
文檔編號G01N21/65GK102187205SQ200980141472
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權日2008年10月17日
發(fā)明者伊瓦納·杜瑞科維基, 馬里奧·馬爾切蒂, 雷米·克拉夫利-羅斯拜德, 吉恩·利威特, 帕特里斯·博森, 馬克·馮塔納, 吉恩-瑪麗·查索特 申請人:梅茨·保羅·魏爾倫大學