基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置及檢測方法，其中檢測裝置包括可供待測液體流過的管道，固定于管道中的檢測芯片，對應設置于管道側部的光源和光電探測器，以及與光電探測器電連接的報警電路；所述檢測芯片包括形成三維結構的聚合物及鑲嵌于聚合物中的酸堿指示劑分子。本發(fā)明讓待測液體通過設有檢測芯片的管道，可以對液體進行實時、在線檢測，第一時間發(fā)現(xiàn)pH偏離正常值，最大程度控制污染造成的損害。另外，通過酸堿指示劑的選取，可以在較大pH范圍內檢測待測液體。
【專利說明】基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置及檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量儀器，尤其是一種用于檢測工業(yè)廢水及其他流體pH值的在線監(jiān) 測報警裝置。

【背景技術】
[0002] pH的測量與現(xiàn)代工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥、生物工程、環(huán)境及科學研究等領域息息相關，因 此pH傳感器目前備受關注，工業(yè)廢水中的pH值測量是目前比較顯著的需求。
[0003] 對于pH測量，傳統(tǒng)技術采用指示劑在溶液中的標定，利用指示劑顏色的變化來進 行測試，或采用pH儀來測量等。但這些方法均采用取樣的方式來測定溶液的pH值，對隨時 變化的工業(yè)廢水的pH檢測相對滯后，不能實時反應溶液酸堿性的變化，其結果是當檢測到 pH值偏離正常時，污染已經發(fā)生，不能在第一時間控制污染造成的損害。
[0004] 在血液pH監(jiān)測中，有的儀器通過血液中的蛋白質與反應膜發(fā)生化學發(fā)光反應，以 此來檢測pH值，但是這種設備的使用范圍非常小，只能用于檢測含有蛋白質的液體的pH 值，而且制作成本高，靈敏度退化很快。


【發(fā)明內容】

[0005] 發(fā)明目的：提供一種基于酸堿指示劑吸收光譜的實時在線pH報警裝置，以解決現(xiàn) 有技術的上述問題，實現(xiàn)對工業(yè)廢水或其他流體pH值的實時在線檢測和報警，降低成本， 延長使用壽命。
[0006] 技術方案：一種基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置，包括可供待測液體 流過的管道，固定于管道中的檢測芯片，對應設置于管道側部的光源和光電探測器，以及與 光電探測器電連接的報警電路；所述檢測芯片包括形成三維結構的聚合物及鑲嵌于聚合物 中的酸堿指示劑分子； 在工作時，待測液體流經管道，與檢測芯片中的酸堿指示劑分子發(fā)生顯色反應，當pH 波動時，溶液的顏色隨之變化，溶液吸光度發(fā)生變化，光電探測器根據接收到的光強判斷溶 液的pH是否超過預定值。
[0007] 所述酸堿指示劑分子包括甲基紅、酚酞類指示劑、磺代酚酞類指示劑和偶氮化合 物類。
[0008] 工作原理：不同pH值的液體流過檢測芯片時，與固定在管道內的酸堿指示劑接 觸，發(fā)生顯色反應。對于某一特定的指示劑，其透射光譜隨pH值改變而改變。選定隨著不 同pH值透過率有顯著變化的波長作為照射光源的波長。光電探測器接收透過光強，并進行 光電轉換，接入報警電路。因此，pH的改變將引起透過光強的實時改變，進而引起電信號強 度的變化，報警器對達到報警閾值的溶液pH值進行報警，從而此裝置可對流經的液體的pH 值進行實時、在線的檢測和報警。
[0009] 采用上述基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置檢測液體pH的方法，包括 如下步驟： 步驟1、確定待測液體pH的預期范圍； 步驟2、根據所述pH的預期范圍選擇酸堿指示劑制作檢測芯片，并調整光源，使之發(fā)出 pH敏感波長的光，調整報警電路的驅動信號閾值； 步驟3、將待測液體與檢測裝置的管道連通，開啟裝置，開始檢測待測液體的pH。
[0010] 有益效果：本發(fā)明讓待測液體通過微流控芯片的微通道，可以對液體進行實時、在 線檢測，第一時間發(fā)現(xiàn)pH偏離正常值，最大程度控制污染造成的損害。另外，通過酸堿指示 劑的選取，可以在較大pH范圍內檢測待測液體。同時，該裝置制作簡單，成本低廉，具備自 動報警功能，在工業(yè)廢水排放檢測方面及其他需要實時監(jiān)控流體pH值的場合均有廣泛的 應用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明酸堿指示劑在不同pH值溶液中的透射光譜。

【具體實施方式】
[0013] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明基于酸堿指示劑吸收光譜的實時在線pH報警裝置主要 包括：光源2、通道5、固定有酸堿指示劑的檢測芯片、光電探測器8和報警電路9。具有不 同pH值的待測溶液1流經該通道時發(fā)生顯色反應，透過率改變；光電探測器將透過微流控 芯片的光信號轉變?yōu)殡娦盘?；報警電路對達到報警閾值的溶液pH值進行報警。
[0014] 在進一步的實施例中，調整光源，使之發(fā)出的光波波長隨著pH值變化透過率有顯 著變化。
[0015] 檢測芯片可以為多種結構或形式，例如可以為具有pH值指示功能的微流控芯片， 它由帶微通道的基片和固定有酸堿指示劑的蓋片封接而成。
[0016] 其制作方法為：在蓋玻片3上旋涂一層按一定比例混合的聚合物與酸堿指示劑混 合物，構成酸堿指示劑層4,酸堿指示劑分子7通過物理包埋的形式鑲嵌在聚合物三維結構 中；蓋玻片3和酸堿指示劑層4共同組成蓋片；在基片6上制作微通道5 ;將蓋片和具有微 通道5的基片6封接，構成具有pH指示功能的微流控芯片。
[0017] 在其他實施例中，管道內設有固定位，檢測芯片可拆卸地固定于管道內。
[0018] 以甲基紅作為酸堿指示劑為例，具體說明本發(fā)明的工作原理。
[0019] 流入的待測液體1進入具有酸堿指示功能的微流控芯片通道5內，選定光源2照 射到芯片。待測液體1與酸堿指示劑7發(fā)生顯色反應，溶液透過光譜發(fā)生改變，經通道的另 一端流出。以圖2為例，酸堿指示劑甲基紅的透射光譜隨pH值的改變而改變，405nm波長處 透過率隨pH值變化敏感，故選定405nm左右的光作為照射光源。光電探測器8將透過溶液 的光信號轉換成對應的電信號。
[0020] 如附圖2所示，甲基紅在pH值為7時405nm處的光透過率很小，pH值為3時透過 率很高，相應地光電探測器8將輸出不同的電信號驅動報警電路9,對pH值小于設定報警閾 值的溶液pH值進行報警。本例中所選指示劑甲基紅為(酸性指示劑)，可以實現(xiàn)對流入的酸 性液體進行實時、在線檢測與報警，若選用其他指示劑(如酚酞)，選擇合適的pH敏感波長作 為照射光源2波長，即可以實現(xiàn)對流入的堿性液體進行實時、在線檢測與報警。
[0021] 從上述實施例可以看出，本發(fā)明檢測方法包括如下步驟： 步驟1、確定待測液體pH的預期范圍； 步驟2、根據pH的預期范圍選擇酸堿指示劑制作檢測芯片，并調整光源，使之發(fā)出pH敏 感波長的光，調整報警電路的驅動信號閾值； 步驟3、將待測液體與檢測裝置的管道連通，開啟裝置，開始檢測待測液體的pH。
[0022] 總之，本發(fā)明基于酸堿指示劑，在不同pH值溶液中發(fā)生顯色反應，透過光譜改變， 通過光電轉換電路將pH敏感的透過光強轉換為pH敏感的電信號，報警電路對達到報警閾 值的溶液pH值進行報警。一般所用酸堿指示劑有甲基紅、酚酞等，但不限于此。
[0023] 以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中 的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024] 另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
【權利要求】
1. 一種基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置，其特征在于，包括可供待測液體 流過的管道，固定于管道中的檢測芯片，對應設置于管道側部的光源和光電探測器，以及與 光電探測器電連接的報警電路；所述檢測芯片包括形成三維結構的聚合物及鑲嵌于聚合物 中的酸堿指示劑分子； 在工作時，待測液體流經管道，與檢測芯片中的酸堿指示劑分子發(fā)生顯色反應，當pH 波動時，溶液的顏色隨之變化，溶液吸光度發(fā)生變化，光電探測器根據接收到的光強判斷溶 液的pH是否超過預定值。
2. 如權利要求1所述的基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置，其特征在于，所 述酸堿指示劑分子包括甲基紅、酚酞類指示劑、磺代酚酞類指示劑和偶氮化合物類。
3. -種采用權利要求2所述的基于酸堿指示劑吸收光譜的pH在線檢測裝置檢測液體 pH的方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、確定待測液體pH的預期范圍； 步驟2、根據所述pH的預期范圍選擇酸堿指示劑制作檢測芯片，并調整光源，使之發(fā)出 pH敏感波長的光，調整報警電路的驅動信號閾值； 步驟3、將待測液體與檢測裝置的管道連通，開啟裝置，開始檢測待測液體的pH。
【文檔編號】G01N21/78GK104111255SQ201410354201
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年7月23日
【發(fā)明者】朱利, 楊亞洲, 王春雷, 崔一平 申請人:東南大學