色度測量的多波長光源的制作方法
【專利說明】色度測量的多波長光源
【背景技術(shù)】
[0001] 在線濕化學(xué)分析儀用于在多種工業(yè)中提供對過程樣品中的分析物的連續(xù)指示?？?以由分析儀本地地提供和/或遠(yuǎn)程地向一個(gè)或更多個(gè)合適的設(shè)備提供該連續(xù)指示，以提供 對化學(xué)過程的控制和/或監(jiān)視。
[0002] -種特殊類型的在線濕化學(xué)分析儀是在線二氧化硅分析儀。這些設(shè)備被配置為在 過程樣品中產(chǎn)生反應(yīng)，該反應(yīng)允許確定對樣品中的二氧化硅的指示。這種分析儀在確定鍋 爐水、鍋爐給水、軟化水和蒸汽冷凝水中的二氧化硅含量中是有用的。盡管這種分析儀在多 種工業(yè)中是有用的，但是它們在發(fā)電廠鍋爐中尤其有用。在這種系統(tǒng)中，二氧化硅可以形 成二氧化硅沉積物，二氧化硅沉積物可能損壞渦輪機(jī)和在水蒸汽渦輪循環(huán)中使用的其他發(fā) 電設(shè)備。因此，具有高壓渦輪機(jī)的發(fā)電廠通常仔細(xì)監(jiān)視二氧化硅，以確保有效的檢測和移 除/修復(fù)。在線二氧化硅分析儀的一個(gè)特定示例是艾默生過程管理公司的羅斯蒙特分析以 CFA3030二氧化硅分析儀為商標(biāo)名稱銷售的。
[0003] 在線二氧化硅分析儀通常將采用已知的反應(yīng)來使過程樣品中的二氧化硅易于檢 測。這種反應(yīng)的一個(gè)示例已知為鉬藍(lán)方法。在鉬藍(lán)方法中，使用鉬酸鹽（通常具有鉬酸鉀 的形式）與過程樣品/溶液中的二氧化硅反應(yīng)，以生成適于色度檢測的化合物。根據(jù)鉬藍(lán) 方法，基于通過濕化學(xué)過程形成的硅鉬酸的顏色來測量水中的二氧化硅含量。根據(jù)鉬藍(lán)方 法的色度檢測依據(jù)比爾-朗伯定律，比爾_朗伯定律指出在光通過物質(zhì)的透射（或透射系 數(shù)）T與物質(zhì)的吸收系數(shù)a與光穿過材料行進(jìn)的距離（即，路徑長度）1的乘積之間存在對 數(shù)關(guān)系。比爾_朗伯定律表達(dá)如下：
[0005] 吸收系數(shù)可以寫為吸收劑的摩爾吸收率（消光系數(shù)）e與材料中的吸收物種的摩 爾濃度c的乘積，其中I和I。分別是入射光和透射光的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 提供了一種用于確定樣品中的關(guān)注分析物的濃度的色度濕化學(xué)分析儀。該分析儀 包括：反應(yīng)室，被配置為接收樣品并促進(jìn)反應(yīng)，該反應(yīng)基于關(guān)注分析物的濃度改變樣品的顏 色。光度單元可操作地與反應(yīng)室耦合，以接收樣品并引導(dǎo)照明通過光度單元。光度單元具 有：第一照明源，被配置為提供通過光度單元的第一波長的照明；以及第二照明源，被配置 為提供通過光度單元的第二波長的照明。第二波長與第一波長不同。光電檢測器被配置為 檢測通過光度單元的照明?？刂破髋c第一照明源、第二照明源和光電檢測器耦合，并且被配 置為基于來自光電檢測器的信號來提供對關(guān)注分析物的濃度的指示。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例尤其適用的在線二氧化硅分析儀的示意圖。
[0008] 圖2是硅鉬酸的吸收光譜的圖表的示意圖。
[0009] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在線二氧化硅分析儀的示意圖。
[0010] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測量水樣品中的二氧化硅含量的色度方法的流程圖。
[0011] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于自動地改變二氧化硅測量的方法400的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例尤其適用的在線二氧化硅分析儀的示意圖。分析儀100包 括與空氣源104、泵106、108、110和112耦合的控制器102。附加地，控制器102還與照明 源114和照明檢測器116耦合。通常，每個(gè)泵106、108、110和112在腔中包括化學(xué)惰性的柔 性膜。腔容量對于樣品和標(biāo)準(zhǔn)通常是5mL(泵106和110)，并且對于試劑通常是0. 2mL(泵 108)。真空/壓力泵（未示出）在膜上進(jìn)行推和拉。真空使得室填充。壓力將液體推出腔 進(jìn)入反應(yīng)室118中。提供多個(gè)止回閥120以防止回流。當(dāng)需要對樣品/試劑/標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混 合時(shí)，控制器102采用空氣源104來將一些空氣注入反應(yīng)室118,以便混合其中的成分。在 已經(jīng)經(jīng)過了合適的反應(yīng)時(shí)間之后，使用泵112將處理過的樣品注入測量單元122。一旦在測 量單元122內(nèi)提供了混合后的樣品，控制器102就采用照明源114來將光引導(dǎo)通過混合的 樣品去往檢測器116。根據(jù)已知技術(shù)，由檢測器116檢測到的照明提供對樣品中的分析物 (二氧化硅）的指示?？刂破?02自動地計(jì)算吸光率，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為二氧化硅濃度讀數(shù)。 一旦完成了測量，用新鮮的樣品進(jìn)行反復(fù)沖洗分別從測量單元122和反應(yīng)室118移除處理 過的樣品。
[0013] 基于鉬藍(lán)方法，如上文闡述的，由通過濕化學(xué)過程形成的硅鉬酸的顏色來測量水 中二氧化硅含量。在810nm處，材料的吸收率是大約0. 00035/十億分率。色度分析儀的一 個(gè)難點(diǎn)是提供具有有效分辨率的顯著測量范圍。例如，在二氧化硅分析儀中，期望提供二氧 化硅含量低至0. 5十億分率的高靈敏度，同時(shí)還能夠提供高達(dá)5百萬分率（ppm)的二氧化 硅濃度測量。如果用具有100毫安的輸出的光電二極管來測量入射光，則在5ppm處透射光 將僅為〇. 05納安，0. 05納安太小以致于無法測量。盡管可以通過提供具有不同長度的附加 路徑來改變分析儀的設(shè)計(jì)（其中在混合樣品中光通過該附加的路徑），但是不希望在二氧 化硅分析儀中提供多個(gè)測量單元。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了使用具有至少兩個(gè)不同的光波長的光源的色度分析 儀。通過提供這樣的多個(gè)光源，可以使用單一長度的光度單元。每個(gè)波長的光通常是單色 的，以使具有單個(gè)波長或極窄頻帶的波長的光用于不同的檢測范圍。
[0015] 圖2是硅鉬酸的吸收光譜的圖表的示意圖。在豎直軸上提供了吸收率，而波長被 提供作為水平波長（單位為納米）。可以看出，硅鉬酸具有兩個(gè)吸收峰值，一個(gè)在810nm處 而另一個(gè)在670nm處。此外，670nm處的吸收率大約是810nm處的吸收率的三分之二。根 據(jù)比爾-朗伯定律，對于高濃度測量，吸收率的降低相當(dāng)于光度單元長度的減小。在吸收率 從810nm處的0? 00035降低至670nm處的0? 00022的情況下，在相同長度（例如3. 6cm)和 100毫安的1〇的情況下，5,OOOppm處的電流（I)將大約為10納安，其是可以容易測量的值。
[0016] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在線二氧化硅分析儀的示意圖。分析儀200與分析 儀100具有許多相似性，并且對相似的組件進(jìn)行類似地編號。分析儀200與分析儀100之 間的主要差異在于分析儀200包括第二照明源202,第二照明源202還被配置為在測量單 元122內(nèi)引入照明。源202提供與源114的波長不同的波長的照明。在所示的實(shí)施例中， 源114提供實(shí)質(zhì)上810nm的照明，而源202提供大致670nm的照明。因此，如果檢測器116 對來自一個(gè)源的照明的響應(yīng)超出了測量極限（太低或太高），則可以分離第一源114并采用 第二源202以在不同的檢測水平處進(jìn)行檢測。例如，源114提供810nm的照明。如果控制 器102測量到檢測器116的響應(yīng)實(shí)質(zhì)上是零電流，則控制器102可以分離源114并且采用 可以提供通過測量單元122的670nm的照明的源202。因此，可以相對于分析儀100擴(kuò)展分 析儀200的檢測極限，而不需要多個(gè)測量單元或單元長度。盡管圖3中示出的實(shí)施例示出 了一對源114、202,但是可以明確設(shè)想的是，可以提供附加的源。因此，盡管提供了接收通過 測量單元122內(nèi)的混合樣品的照明的單個(gè)檢測器116,但是本發(fā)明的實(shí)施例還可以包括放 置在源114和202附近的第二檢測器，以便在這種照明實(shí)質(zhì)上通過任意混合物之前直接測 量照明的強(qiáng)度。用這種方式，本發(fā)明的實(shí)施例還可以增加向源114、202中的一個(gè)或兩個(gè)提 供的能量，并直接將入射照明與通過混合物的照明量進(jìn)行比較。
[0017] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例測量水樣品中的二氧化硅含量的色度方法的流程圖。 方法300在框302處開始，在框302,用戶或技術(shù)人員使用二氧化硅分析儀的用戶界面選擇 水樣品中的二氧化硅的檢測范圍。合適的范圍的示例包括