基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置及方法
【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閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置及檢測方法，其中，所述裝置包括：待測溶液容器，用于容置待測液體和酸堿指示劑；光源，用于發(fā)出pH值敏感波長的光波；光電探測器，用于接收透過待測溶液的光波，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺浑妷洪撝递斎攵?，用于接收用戶輸入的、與特定pH值對應(yīng)的閾值電壓；比較電路，用于比較光電探測器和電壓閾值輸入端的信號；報警器，接收比較電路的信號，并報警。本裝置可以根據(jù)用戶的pH值檢測與報警需求，精確地任意設(shè)置pH值檢測閾值，實(shí)現(xiàn)閾值可調(diào)的pH值檢測與報警。
【專利說明】基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置 及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于檢測設(shè)備領(lǐng)域，尤其是pH檢測設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] pH測量與現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生物工程、環(huán)境及科學(xué)研究等領(lǐng)域息息相關(guān)，因此 pH傳感器目前備受關(guān)注。
[0003] 對于pH測量，傳統(tǒng)技術(shù)采用指示劑在溶液中的標(biāo)定，觀察指示劑顏色的變化來進(jìn) 行判斷，或采用pH儀來測量等。指示劑標(biāo)定的方法只能把溶液pH確定在一個比較粗的范 圍，pH儀可以精確測定溶液的pH值，但pH儀需要與每個溶液樣品直接接觸進(jìn)行測量，所需 樣品較多，并且每次測量后需對pH儀探頭進(jìn)行清洗后才能進(jìn)行下一個樣品的測量，操作繁 瑣，耗時較長。上述pH檢測方法均為手工操作，人工讀取，難以實(shí)現(xiàn)對大量樣品是否達(dá)到某 一指定pH值進(jìn)行快速、自動化篩選。
[0004] 另外，現(xiàn)有技術(shù)的自動檢測方法無法調(diào)整pH的閾值，當(dāng)用戶需要調(diào)整閾值時，需 要更換相關(guān)部件，甚至更換整個儀器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：一個目的是構(gòu)建一種基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測 報警裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的一個或多個問題。
[0006] 另一個目的是構(gòu)建一種基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警方 法。
[0007] 技術(shù)方案：一種基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置，包括： 待測溶液容器，用于容置待測液體和酸堿指示劑； 光源，用于發(fā)出pH值敏感波長的光波； 光電探測器，用于接收透過待測溶液的光波，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?電壓閾值輸入端，用于接收用戶輸入的、與特定pH值對應(yīng)的閾值電壓； 比較電路，用于比較光電探測器和電壓閾值輸入端的信號； 報警器，接收比較電路的信號，并報警。
[0008] -種采用上述基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置檢測溶液 pH的方法，包括如下步驟： 步驟1 :根據(jù)待測溶液的性質(zhì)、濃度和預(yù)期的pH范圍選擇酸堿指示劑； 步驟2 :進(jìn)行一組定標(biāo)實(shí)驗，獲得輸出電壓?pH值曲線； 步驟3 :根據(jù)預(yù)期的pH閾值和輸出電壓、Η曲線，設(shè)定閾值電壓； 步驟4 :根據(jù)定標(biāo)實(shí)驗，將一定量的待測溶液和酸喊指不劑放入待測溶液各器中，開啟 檢測報警裝置，檢測pH值； 當(dāng)待測溶液的pH值范圍調(diào)整時，根據(jù)電壓?pH值曲線重新設(shè)置電壓閾值，并執(zhí)行步驟 4。
[0009] 酸堿指示劑分子在不同pH值溶液中發(fā)生顯色反應(yīng)，透過光譜改變。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波長，光電探測器接收透過光強(qiáng)，并進(jìn)行光電 轉(zhuǎn)換。pH的改變將引起透過光強(qiáng)的實(shí)時改變，進(jìn)而引起光電探測器輸出電信號強(qiáng)度的變化， 由此可獲得光電探測器"輸出電壓?pH值"曲線。在選定的酸堿指示劑的工作范圍內(nèi)，可 根據(jù)任意pH報警需求，在"輸出電壓?pH值"的曲線中選定對應(yīng)的電壓閾值，設(shè)為比較電 路的比較電壓，與透過待測溶液光信號對應(yīng)的電信號進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)閾值可調(diào)pH值檢測與 報警。
[0010] 有益效果：本裝置可以根據(jù)用戶的pH值檢測與報警需求，精確地任意設(shè)置pH值檢 測閾值，實(shí)現(xiàn)閾值可調(diào)的pH值檢測與報警。本裝置采用非接觸性測量，既克服了指示劑標(biāo) 定法只能把溶液pH確定在一個比較粗的范圍，又克服了 pH儀需要與每個溶液樣品直接接 觸測量導(dǎo)致的操作繁瑣，耗時較長的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)對大批量樣品是否達(dá)到任一指定pH值 進(jìn)行快速、自動化判斷與篩選。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明酸堿指示劑在不同pH值中的透射光譜圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明光電探測器的輸出電壓?pH值曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1至圖3所示，本發(fā)明基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝 置，主要包括： 待測溶液容器，用于容置待測液體和酸堿指示劑； 光源，用于發(fā)出pH值敏感波長的光波； 光電探測器，用于接收透過待測溶液的光波，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?電壓閾值輸入端，用于接收用戶輸入的、與特定pH值對應(yīng)的閾值電壓； 比較電路，用于比較光電探測器和電壓閾值輸入端的信號； 報警器，接收比較電路的信號，并報警。
[0015] 工作時，將待測液體和酸堿指示劑放入待測溶液容器中，光源發(fā)出的光波對pH值 非常敏感，因此當(dāng)pH值與預(yù)期不一致時，溶液的透光率不同，光電探測器接收到的光強(qiáng)發(fā) 生變化，光電探測器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并送入比較電路，如果超過了預(yù)設(shè)值，則比較電 路驅(qū)動報警器報警。
[0016] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，待測溶液對波長的透過率隨pH值改變而改變，導(dǎo)致 光電探測器產(chǎn)生的電信號隨待測溶液pH值改變而改變，由此可獲得"光電探測器輸出電 壓?pH值"曲線。在選定的酸堿指示劑的工作范圍內(nèi)，可根據(jù)任意pH報警需求，在所述的 "輸出電壓?pH值"的曲線中選定對應(yīng)的電壓閾值，設(shè)為比較電路的比較電壓，與透過待測 溶液光信號對應(yīng)的電信號進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)閾值可調(diào)pH值檢測與報警。
[0017] 如圖2所示，以甲基紅作為酸堿指示劑為例，其透射光譜隨pH值的改變而改變。 405nm波長處透過率隨pH值變化敏感，故選定照射光源1波長為405nm。在酸性條件下 (pH〈7)，405nm處透過率隨pH減小而增大。
[0018] 光電探測器3接收透過待測溶液2的光強(qiáng)，并轉(zhuǎn)換為電信號。分別測量一系列溶 有甲基紅的已知pH值溶液的光電探測器3的輸出電壓，獲得如圖3所示的光電探測器"輸 出電壓?pH值"曲線。
[0019] 根據(jù)pH值檢測與報警需求，如要求對pH〈5的溶液樣品進(jìn)行報警，從圖3 "輸出電 壓?pH值"曲線中獲得pH=5對應(yīng)的電壓值（圖3中標(biāo)注①)，將其設(shè)為報警閾值電壓并通過 電壓閾值輸入端4輸入，作為比較電路5的比較電壓輸入。比較電路5的另一輸入端為透 過溶有甲基紅的待測溶液的光經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換的電壓信號。若待測溶液的pH>5,則報警 器6不工作；若待測溶液的pH〈5,則比較電路驅(qū)動報警器6進(jìn)行報警。
[0020] 如要求對pH〈5. 5的溶液樣品進(jìn)行篩選，則可從從附圖3 "電壓?pH值"曲線中獲 得pH=5. 5對應(yīng)的電壓值（圖3中標(biāo)注②)，將其設(shè)為報警電壓閾值4,作為比較電路5的比較 電壓輸入。比較電路5的另一輸入端為透過溶有甲基紅的待測溶液的光經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換 的電壓信號。若待測溶液的pH>5. 5,則報警器6不工作；若待測溶液的pH〈5. 5,則比較電路 驅(qū)動報警器6進(jìn)行報警。
[0021] 由此可見，此裝置可以實(shí)現(xiàn)閾值可調(diào)pH值檢測與報警。選定不同工作范圍的酸堿 指示劑，可以實(shí)現(xiàn)不同范圍的pH值檢測與報警。
[0022] 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中 的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023] 另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝置，其特征在于，包括： 待測溶液容器，用于容置待測液體和酸堿指示劑； 光源，用于發(fā)出pH值敏感波長的光波； 光電探測器，用于接收透過待測溶液的光波，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺? 電壓閾值輸入端，用于接收用戶輸入的、與特定pH值對應(yīng)的電壓閾值； 比較電路，用于比較光電探測器和電壓閾值輸入端的信號； 報警器，接收比較電路的信號，并報警。
2. -種采用權(quán)利要求1所述的基于酸堿指示劑吸收光譜的閾值可調(diào)pH值檢測報警裝 置檢測溶液pH的方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :根據(jù)待測溶液的性質(zhì)、濃度和預(yù)期的pH范圍選擇酸堿指示劑； 步驟2 :進(jìn)行一組定標(biāo)實(shí)驗，獲得輸出電壓?pH值曲線； 步驟3 :根據(jù)預(yù)期的pH閾值和輸出電壓、Η曲線，設(shè)定閾值電壓； 步驟4 :根據(jù)定標(biāo)實(shí)驗，將一定量的待測溶液和酸喊指不劑放入待測溶液各器中，開啟 檢測報警裝置，檢測pH值。
3. 如權(quán)利要求2所述的檢測溶液pH的方法，其特征在于，當(dāng)待測溶液的pH值范圍調(diào)整 時，根據(jù)電壓?pH值曲線重新設(shè)置電壓閾值，并執(zhí)行步驟4。
【文檔編號】G01N21/80GK104111232SQ201410354457
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】朱利, 楊亞洲, 劉效伯, 崔一平 申請人:東南大學(xué)