專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器及獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)發(fā)光、光學(xué)技術(shù)和光譜學(xué)技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器及利用臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，獲取發(fā)光光譜的方法。
背景技術(shù)：
光譜學(xué)是光學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它主要研究各種物質(zhì)的光譜的產(chǎn)生及物質(zhì)之間的相互作用。光譜學(xué)的研究已有一百多年的歷史了。可以說(shuō)，在分子和原子層次上物質(zhì)作分析研究，主要是用光譜方法。20世紀(jì)初的物理學(xué)革命，是從光譜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)的。普朗克的量子論就是為解釋空腔黑體的光譜強(qiáng)度提出的，玻爾的氫原子能級(jí)理論是以氫原子光譜為根據(jù)建立的，著名的塞曼效應(yīng)、拉曼效應(yīng)等等，為量子力學(xué)理論和現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展打下了豐厚而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。·由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成。應(yīng)用光譜學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)方法以確定物質(zhì)化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的分析法是光譜分析。根據(jù)分析目的不同，光譜化學(xué)分析可以分為光譜定性分析、光譜定量分析和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)光譜產(chǎn)生的原理，可以分為輻射光譜、激勵(lì)發(fā)光光譜和化學(xué)發(fā)光光譜。關(guān)于化學(xué)發(fā)光光譜的研究，是目前的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。但是，研究?jī)H僅局限于實(shí)驗(yàn)室工作，或者對(duì)個(gè)別化學(xué)發(fā)光較強(qiáng)的物質(zhì)光譜特性的研究。臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)光的光譜未見(jiàn)研究報(bào)道。前期我們已經(jīng)開(kāi)展了利用臭氧氧化產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度、氧化發(fā)光動(dòng)力學(xué)曲線等原理方式檢測(cè)特定物質(zhì)的研究工作。從論文和專(zhuān)利來(lái)看，本申請(qǐng)人的研究所在《海洋技術(shù)》2006年2月上發(fā)表論文“利用臭氧氧化發(fā)光光譜特征檢測(cè)水質(zhì)污染”，首先提出了“臭氧氧化發(fā)光光譜”的概念。并且在2006年6月申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利“利用臭氧化學(xué)發(fā)光光譜分析水體有機(jī)物種類(lèi)的方法”。由于臭氧氧化水體產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光在幾個(gè)光子數(shù)的數(shù)量級(jí)，及其微弱，此前探測(cè)其發(fā)光的光譜存在技術(shù)難點(diǎn)，之前開(kāi)展的研究工作未能獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光的光譜?，F(xiàn)有技術(shù)采用光電倍增管獲得的光強(qiáng)度信號(hào)不能獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光的光譜，因而獲得光強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)有限且單一，科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用范圍受到較大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器及獲取方法，它可以獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光的光譜，即不同波長(zhǎng)下光強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)。本發(fā)明技術(shù)方案是，一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，包括電腦、反應(yīng)室、樣品容器、樣品蠕動(dòng)泵、臭氧發(fā)生器、臭氧蠕動(dòng)泵，所述反應(yīng)室中設(shè)有微孔濾膜，所述微孔濾膜將所述反應(yīng)室分隔為臭氧腔和反應(yīng)腔，所述樣品容器和所述樣品蠕動(dòng)泵之間具有管路，樣品蠕動(dòng)泵的出口管路與所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔連通，所述臭氧發(fā)生器和所述臭氧蠕動(dòng)泵之間具有管路，臭氧蠕動(dòng)泵的出口管路與所述反應(yīng)室的臭氧腔連通，排出管路與所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔的上方連通，在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有聚光鏡系統(tǒng)，在所述聚光鏡系統(tǒng)后面設(shè)有準(zhǔn)直鏡，光纖光譜儀通過(guò)光導(dǎo)纖維與所述準(zhǔn)直鏡連接，所述光纖光譜儀與所述電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線連
接。在所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有反射鏡，所述反射鏡設(shè)在所述聚光鏡系統(tǒng)下方的反應(yīng)腔的內(nèi)壁上。所述光纖光譜儀為微弱光光纖光譜儀。在所述樣品容器和所述樣品蠕動(dòng)泵之間的管路上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。所述過(guò)濾網(wǎng)的孔徑范圍為O. 4-0. 6mm。一種利用上述的儀器獲取臭氧氧化水體物質(zhì)光譜的方法，所述方法按下述步驟進(jìn)行
(I)、利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，利用臭氧蠕動(dòng)泵將臭氧氣體送入反應(yīng)室的臭氧腔，經(jīng)微孔濾膜進(jìn)入反應(yīng)腔；
(2 )、水體物質(zhì)樣品用水樣蠕動(dòng)泵將其送入反應(yīng)室的反應(yīng)腔；
(3)、臭氧氣體與水體物質(zhì)樣品在反應(yīng)腔混合，臭氧氣體與水體物質(zhì)樣品連續(xù)均勻地接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光；
(4)、通過(guò)反應(yīng)腔內(nèi)壁的反射鏡，對(duì)發(fā)光信號(hào)反射，使不同方向的光線進(jìn)入聚光鏡系統(tǒng)，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封；
(5)、從聚光鏡系統(tǒng)接收發(fā)光信號(hào)，聚光鏡系統(tǒng)匯聚光能量到準(zhǔn)直鏡、準(zhǔn)直鏡再會(huì)聚到光導(dǎo)纖維傳輸?shù)焦饫w光譜儀；
(6)、利用光纖光光譜儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集，輸出到電腦進(jìn)行光譜規(guī)律的顯示、存儲(chǔ)和處理。所述臭氧濃度范圍為18 25mg/L。光譜采集使用的是美國(guó)海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的QE65000或荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯公司生產(chǎn)的AvaSpec-HS-TEC微弱光光纖光譜儀，對(duì)光纖光譜儀的外圍參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，采用寬狹縫、粗直徑光導(dǎo)纖維，長(zhǎng)時(shí)間積分，扣除暗背景影響。在獲取光譜過(guò)程中,應(yīng)使水體物質(zhì)樣品連續(xù)均勻的進(jìn)入反應(yīng)室。由于臭氧氧化水體物質(zhì)樣品產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光在幾個(gè)光子數(shù)的數(shù)量級(jí)，及其微弱，持續(xù)時(shí)間較短，產(chǎn)生的光電子數(shù)不足以被光譜儀識(shí)別，所以需要積累發(fā)光的光電子數(shù)，因此需要有連續(xù)均勻的輸入水樣、在反應(yīng)室與臭氧混合。本發(fā)明采用連續(xù)反應(yīng)發(fā)光積累光能量的方法。在本發(fā)明中，反應(yīng)室內(nèi)壁設(shè)有反射鏡，使氧化發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的多個(gè)方向的光能量匯聚到聚光鏡，從而提高發(fā)光利用率。在本發(fā)明中，采用聚光鏡系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)室內(nèi)臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光匯聚，使其光能量集中。在本發(fā)明中，采用準(zhǔn)直鏡對(duì)聚光鏡會(huì)聚的光線進(jìn)行準(zhǔn)直，使其光能量進(jìn)一步集中，滿(mǎn)足光纖采集的需要。在本發(fā)明中，光譜采集使用的是美國(guó)海洋光學(xué)(Ocean Optics)公司生產(chǎn)的QE65000或荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀。對(duì)光譜儀的外圍參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，采用寬狹縫、粗直徑光導(dǎo)纖維，長(zhǎng)時(shí)間積分，扣除暗背景影響等設(shè)置。采集的光譜規(guī)律曲線除包含光譜分布規(guī)律外，還可以分解出發(fā)光強(qiáng)度、特征波長(zhǎng)點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度和波長(zhǎng)范圍的發(fā)光強(qiáng)度等指標(biāo)。
可見(jiàn)，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)采用光電倍增管僅能獲得光強(qiáng)度信號(hào)的局限，采取了新技術(shù)措施，結(jié)合微弱光光纖光譜儀技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。較現(xiàn)有臭氧氧化發(fā)光強(qiáng)度技術(shù)相比，臭氧氧化發(fā)光光譜技術(shù)進(jìn)入到光譜技術(shù)的行列，能獲取更廣泛的參與反應(yīng)物質(zhì)的信息，是臭氧氧化發(fā)光技術(shù)研究的顯著進(jìn)步。本發(fā)明可以用于研究和分析被測(cè)物質(zhì)被臭氧氧化發(fā)光產(chǎn)生的光譜，對(duì)應(yīng)分析檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)被臭氧氧化產(chǎn)生發(fā)光的特定元素的種類(lèi)和含量。被測(cè)物質(zhì)的成分不同，會(huì)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)范圍、不同強(qiáng)度分布規(guī)律等的發(fā)光現(xiàn)象。本發(fā)明方法可以開(kāi)發(fā)出獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光光譜的儀器，并利用這種儀器充分研究這些規(guī)律，儀器設(shè)備可以作為科研分析儀器設(shè)備，提供給研究單位進(jìn)行研究使用，開(kāi)辟更廣泛的研究領(lǐng)域。如對(duì)比純水與含有魯米諾、光澤精、過(guò)氧化草酸酯類(lèi)、吖啶酯類(lèi)物質(zhì)的水體其發(fā)光光譜的區(qū)別；含有金屬離子、有機(jī)酸、有機(jī)堿、氨基酸、糖類(lèi)等臭氧氧化發(fā)光光譜的區(qū)別；開(kāi)展臭氧氧化發(fā)光免疫分析技術(shù)的研究；綜合評(píng)價(jià)被測(cè)物的指標(biāo)和特定物質(zhì)的含量。
本發(fā)明臭氧氧化水體物質(zhì)樣品產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，獲取發(fā)光光譜的方法，是光譜技術(shù)的重要補(bǔ)充，是化學(xué)發(fā)光光譜的重要組成和突破，可以進(jìn)一步完善光譜技術(shù)體系。與激發(fā)和輻射光譜技術(shù)在化學(xué)以及眾多領(lǐng)域已經(jīng)成為重要的分析技術(shù)方法一樣，臭氧氧化發(fā)光光譜技術(shù)同樣可以有廣闊的研究和應(yīng)用空間。本發(fā)明臭氧氧化水體物質(zhì)樣品產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，獲取發(fā)光光譜的方法，可以用于研究水體物質(zhì)的組分，比如水體物質(zhì)中重金屬元素的含量、有機(jī)物的含量、特定污染元素的含量、微生物的含量等等。本發(fā)明的方法，操作簡(jiǎn)便快速，不需要添加試劑，不產(chǎn)生二次污染，可在普通的室外環(huán)境中長(zhǎng)期可靠工作，便攜式適合于車(chē)載、船載、工廠及實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合使用，能夠?qū)π枰M(jìn)行監(jiān)測(cè)的目標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)的測(cè)量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。圖I是本發(fā)明方法的工作流程圖。圖2是檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中I、過(guò)濾網(wǎng)，2、樣品，3、樣品容器，4、水樣蠕動(dòng)泵，5、臭氧發(fā)生器，6、臭氧蠕動(dòng)泵，7、微孔濾膜，8、反射鏡，9、反應(yīng)室，9-1、臭氧腔，9-2、反應(yīng)腔，10、聚光鏡系統(tǒng)，11、準(zhǔn)直鏡，12、光導(dǎo)纖維，13、微弱光光譜儀,14、數(shù)據(jù)傳輸線，15、電腦，16、排出管路,17、反應(yīng)后廢樣收集容器。圖3是用檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器測(cè)出的，以純水為背景50 μ mo I/L魯米諾樣品臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜圖。圖4是用檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器測(cè)出的，以純水為背景青島市中山公園小西湖水體樣品臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜圖。圖5是用檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器測(cè)出的，以純水為背景O. lmg/L腐植酸鈉樣品臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜圖。圖6是用檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器測(cè)出的，以純水為背景青島棧橋海水樣品臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜圖。圖7是用檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器測(cè)出的，以純水為背景某品牌可樂(lè)稀釋20倍臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，臭氧氧化水體產(chǎn)生發(fā)光光譜的獲取方法，其工作流程圖如圖I所示。待測(cè)水體物質(zhì)樣品經(jīng)過(guò)濾裝入樣品容器，開(kāi)啟樣品蠕動(dòng)泵把樣品均勻地送入反應(yīng)室；同時(shí)啟動(dòng)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，利用臭氧蠕動(dòng)泵將特定流量的臭氧氣體送入反應(yīng)室，臭氧氣體穿過(guò)微孔濾膜進(jìn)入反應(yīng)腔與水體物質(zhì)樣品混合后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)光，反應(yīng)腔內(nèi)壁的反射鏡反射光信號(hào)再次進(jìn)入聚光鏡，聚光鏡匯聚發(fā)光信號(hào)，準(zhǔn)直鏡進(jìn)一步聚集光能量，傳遞到光導(dǎo)纖維進(jìn)入光譜儀接收和積累，光譜信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)電腦進(jìn)行顯示和處理，得出不同波長(zhǎng)的發(fā)光強(qiáng)度分布信息，即光譜曲線。本發(fā)明應(yīng)使臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生持續(xù)的化學(xué)發(fā)光，找到化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度最大的流速流量等外圍條件，采取聚光鏡系統(tǒng)、反射鏡、準(zhǔn)直鏡等光學(xué)技術(shù)手段充分匯聚光能量，利·用微弱光光纖光譜探測(cè)儀器探測(cè)發(fā)光的光譜，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息輸入電腦進(jìn)行顯示處理。具體的獲取方法實(shí)施例I步驟如下
(1)、利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度范圍為18 25mg/L，控制臭氧蠕動(dòng)泵使流量為lL/min，將臭氧氣體送入反應(yīng)室；
(2)、水體物質(zhì)樣品經(jīng)O.5mm過(guò)濾網(wǎng)網(wǎng)過(guò)濾后，用水樣蠕動(dòng)泵將水體物質(zhì)樣品送入反應(yīng)室，流量為100mL/min ；
(3)、臭氧氣體通過(guò)微孔膜后與水體物質(zhì)樣品在反應(yīng)室的反應(yīng)腔混合，連續(xù)均勻地與水樣接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光；
(4)、反應(yīng)腔內(nèi)壁設(shè)有反射鏡，對(duì)發(fā)光信號(hào)反射，使不同方向的光線進(jìn)入聚光鏡系統(tǒng)，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封；
(5)、聚光鏡系統(tǒng)接收發(fā)光信號(hào)，聚光鏡系統(tǒng)匯聚光能量到準(zhǔn)直鏡、準(zhǔn)直鏡再會(huì)聚到光導(dǎo)纖維接收端口，傳輸?shù)焦饫w光譜儀；
(6)、利用微弱光光纖光譜儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集，輸出到電腦進(jìn)行光譜規(guī)律的顯示、存儲(chǔ)和處理。參見(jiàn)圖2,—種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器,包括電腦15、反應(yīng)室9、樣品容器3、樣品蠕動(dòng)泵4、臭氧發(fā)生器5、臭氧蠕動(dòng)泵6，所述反應(yīng)室9中設(shè)有微孔濾膜7，所述微孔濾膜7將所述反應(yīng)室9分隔為臭氧腔9-1和反應(yīng)腔9-2，所述樣品容器3和所述樣品蠕動(dòng)泵4之間具有管路，樣品蠕動(dòng)泵4的出口管路與所述反應(yīng)室9的反應(yīng)腔9-2連通，所述臭氧發(fā)生器5和所述臭氧蠕動(dòng)泵6之間具有管路，臭氧蠕動(dòng)泵6的出口管路與所述反應(yīng)室9的臭氧腔9-1連通，排出管路16與所述反應(yīng)室9的反應(yīng)腔9-2的上方連通，在反應(yīng)室9內(nèi)設(shè)有聚光鏡系統(tǒng)10，在所述聚光鏡系統(tǒng)10后面設(shè)有準(zhǔn)直鏡11，光纖光譜儀13通過(guò)光導(dǎo)纖維12與所述準(zhǔn)直鏡11連接，所述光纖光譜儀13與所述電腦15通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線14連接。在所述反應(yīng)室9的反應(yīng)腔9-2內(nèi)設(shè)有反射鏡8，所述反射鏡8設(shè)在所述聚光鏡系統(tǒng)10下方的反應(yīng)腔9-2的內(nèi)壁上。所述光纖光譜儀13為微弱光光纖光譜儀。在所述樣品容器3和所述樣品蠕動(dòng)泵4之間的管路上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)I。在本實(shí)施例中，所述過(guò)濾網(wǎng)I設(shè)在管路的進(jìn)口端。檢測(cè)過(guò)程如下過(guò)濾網(wǎng)I過(guò)濾待測(cè)樣品2中粒徑較大的物體，待測(cè)樣品2裝入樣品容器3中，啟動(dòng)樣品蠕動(dòng)泵4，樣品2經(jīng)過(guò)管路進(jìn)入入反應(yīng)室9的反應(yīng)腔9-2內(nèi)，同時(shí)啟動(dòng)臭氧發(fā)生器5產(chǎn)生臭氧，經(jīng)臭氧蠕動(dòng)泵6提供壓力，使臭氧先經(jīng)過(guò)臭氧腔9-1，再通過(guò)微孔濾膜7進(jìn)入反應(yīng)室9的反應(yīng)腔9-2，與被測(cè)水樣接觸產(chǎn)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生發(fā)光。發(fā)光和反射光進(jìn)入聚光鏡10匯聚，再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡11進(jìn)一步會(huì)聚，進(jìn)入光導(dǎo)纖維12，導(dǎo)入光纖光光譜儀13，光纖光譜儀13將光信號(hào)變換出光譜，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線14輸入到電腦15，進(jìn)行顯示、處理和保存。在反應(yīng)室9反應(yīng)后的樣品經(jīng)排出管路16排入廢樣收集容器17。實(shí)施例2為純凈水與被測(cè)水體樣品光譜比較，步驟如下 (1)、接通電源，打開(kāi)儀器開(kāi)關(guān)，連接好電腦并打開(kāi)電腦運(yùn)行控制程序，開(kāi)始工作；
(2)、先取純凈水裝入樣品容器內(nèi)，通過(guò)樣品蠕動(dòng)泵以150mL/min的流量，將其送入反應(yīng)室的反應(yīng)腔；
(3)、運(yùn)行光譜探測(cè)程序開(kāi)始探測(cè)光譜；
(4)、儀器的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度為18mg/L，臭氧蠕動(dòng)泵控制臭氧流量為O. 6L/min,送入反應(yīng)室的臭氧腔；
(5)、臭氧與純凈水樣品在反應(yīng)室的反應(yīng)腔內(nèi)混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，探測(cè)發(fā)光信號(hào)；
(6)、使用聚光鏡匯聚光線，并使用準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直會(huì)聚，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(7)、利用美國(guó)海洋光學(xué)(OceanOptics)公司生產(chǎn)的QE65000光纖光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)臭氧氧化純水產(chǎn)生的光信息，作為背景保存；
(8)、將被測(cè)水體樣品裝入樣品容器內(nèi)，通過(guò)樣品蠕動(dòng)泵以150mL/min的流量，將其送入反應(yīng)室的反應(yīng)腔；
(9)、運(yùn)行光譜探測(cè)程序開(kāi)始探測(cè)光譜；
(10)、儀器的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度為18mg/L，臭氧蠕動(dòng)泵控制臭氧流量為O. 6L/min,送入反應(yīng)室的臭氧腔；
(11)、臭氧與被測(cè)水體樣品在反應(yīng)室的反應(yīng)腔內(nèi)混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，探測(cè)發(fā)光信號(hào)；
(12)、使用聚光鏡匯聚光線，并使用準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直會(huì)聚，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(13)、利用美國(guó)海洋光學(xué)(OceanOptics)公司生產(chǎn)的QE65000光纖光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)的光信息，光譜儀將第(7)步驟中的背景信息扣除后，得到臭氧氧化被測(cè)水體樣品產(chǎn)生的光譜分布規(guī)律。(14)、儀器的控制系統(tǒng)控制儀器的動(dòng)作，清洗儀器反應(yīng)腔內(nèi)部的殘留樣品，便于下
一次測(cè)試。實(shí)施例3為兩種不同水體樣品光譜比較，步驟如下
(1)、接通電源，打開(kāi)儀器開(kāi)關(guān)，連接好電腦并打開(kāi)電腦運(yùn)行控制程序，開(kāi)始工作；
(2)、運(yùn)行光譜探測(cè)程序開(kāi)始探測(cè)光譜；
(3)、利用荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)的光信息，作為背景保存；
(4)、儀器的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度為18mg/L，控制流量為O.6L/min,送入反應(yīng)室；
(5)、被測(cè)水體樣品A進(jìn)行過(guò)濾后，通過(guò)樣品蠕動(dòng)泵以150mL/min的流量將其送入反應(yīng)室；
(6)、臭氧與被測(cè)水體樣品A在反應(yīng)室混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，利用聚光鏡和準(zhǔn)直鏡會(huì)聚光束，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(7)、利用荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集光信息，光譜儀將第(3)步驟中背景信息扣除后，得到臭氧氧化被測(cè)水體樣品A產(chǎn)生的光譜分布規(guī)律。(8)、控制系統(tǒng)控制儀器的動(dòng)作，清洗儀器反應(yīng)室內(nèi)部的殘留樣品，便于下一次測(cè)試；
(9)、儀器的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度為18mg/L，控制流量為O.6L/min,送入反應(yīng)室；
(10)、被測(cè)水體樣品B進(jìn)行過(guò)濾后，通過(guò)樣品蠕動(dòng)泵以150mL/min的流量將其送入反應(yīng)
室；
(11)、臭氧與被測(cè)水體樣品B在反應(yīng)室混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，利用聚光鏡和準(zhǔn)直鏡會(huì)聚光束，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(12)、利用荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集光信息，光譜儀將第(3)步驟中背景信息扣除后，得到臭氧氧化被測(cè)水體樣品B產(chǎn)生的光譜分布規(guī)律。(13)、控制系統(tǒng)控制儀器的動(dòng)作，清洗儀器反應(yīng)室內(nèi)部的殘留樣品，便于下一次測(cè)試；
(14)、通過(guò)得到的不同水體物質(zhì)光譜規(guī)律曲線，分析比較不同水體物質(zhì)各組成部分的差別，判斷水體物質(zhì)的性質(zhì)、組成部分、含量和狀態(tài)等區(qū)別。實(shí)施例4為純凈水與加入不同特定物質(zhì)之間光譜比較，步驟如下
(1)、利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，臭氧的濃度為18mg/L，利用流量為O.6L/min的泵，將其送入反應(yīng)室，利用荷蘭(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)的光信息，作為背景保存；
(2)、純凈水中加入特定物質(zhì)，如石油，作為待測(cè)樣品A，通過(guò)蠕動(dòng)泵以150mL/min的速度將其送入反應(yīng)室；
(3)、臭氧與被測(cè)樣品A在反應(yīng)室混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，利用聚光鏡和準(zhǔn)直鏡會(huì)聚光束，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(4)、利用荷蘭(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)的光信息，光譜儀把第(I)中的背景信息扣除后，得到臭氧氧化被測(cè)樣品A產(chǎn)生的光譜分布規(guī)律。(5)、控制系統(tǒng)控制儀器的動(dòng)作，清洗儀器反應(yīng)室內(nèi)部的殘留樣品，便于下一次測(cè)試；
(6)、純凈水中加入特定物質(zhì)，如微量金屬，作為待測(cè)樣品B，通過(guò)蠕動(dòng)泵以150mL/min的速度將其送入反應(yīng)室；
(7)、臭氧與被測(cè)樣品B在反應(yīng)室混合，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封，利用聚光鏡和準(zhǔn)直鏡會(huì)聚光束，通過(guò)光導(dǎo)纖維導(dǎo)入光譜儀；
(8)、利用荷蘭(AVANTES)公司生產(chǎn)的(AvaSpec-HS-TEC)微弱光光譜儀采集反應(yīng)室內(nèi)的光信息，光譜儀把第(I)中的背景信息扣除后，得到臭氧氧化被測(cè)樣品B產(chǎn)生的光譜分布規(guī)律。(9)、控制系統(tǒng)控制儀器的動(dòng)作，清洗儀器反應(yīng)室內(nèi)部的殘留樣品，便于下一次測(cè)試；
(10)、對(duì)照加入不同特定物質(zhì)的樣品的光譜分布規(guī)律，得出在特定物質(zhì)影響或污染時(shí)的光譜曲線，作為數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。圖3中曲線橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，單位是nm，縱坐標(biāo)是光電子數(shù)量，是光譜儀積累的光電子數(shù)，單位是個(gè)。魯米諾是公認(rèn)的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度較大的物質(zhì)，試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了其發(fā)光強(qiáng)度較大。從圖中看出其光譜范圍在380-570nm之間，峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)440nm處，與教科書(shū)介紹的魯米諾化學(xué)發(fā)光法峰值波長(zhǎng)425nm有一定的區(qū)別。圖4中曲線橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，單位是nm，縱坐標(biāo)是光電子數(shù)量，是光譜儀積累的光電子數(shù)，單位是個(gè)。發(fā)光范圍分別為450-600nm，700-800nm,峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)490nm處，在波長(zhǎng)740nm處有第二個(gè)峰值點(diǎn)?！D5中曲線橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，單位是nm，縱坐標(biāo)是光電子數(shù)量，是光譜儀積累的光電子數(shù)，單位是個(gè)。發(fā)光范圍在450-700nm，峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)543nm處，發(fā)光比較穩(wěn)定。圖6中曲線橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，單位是nm，縱坐標(biāo)是光電子數(shù)量，是光譜儀積累的光電子數(shù)，單位是個(gè)。發(fā)光范圍在430-600nm，峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)525nm處，分析認(rèn)為是海洋微生物被臭氧氧化發(fā)光。其強(qiáng)度教強(qiáng)，發(fā)光比較穩(wěn)定。圖7中曲線橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，單位是nm，縱坐標(biāo)是光電子數(shù)量，是光譜儀積累的光電子數(shù)，單位是個(gè)。發(fā)光范圍為420-730nm，峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)512nm處。以上幾個(gè)樣品被臭氧氧化產(chǎn)生的發(fā)光光譜，其發(fā)光范圍和峰值都不相同，形狀和強(qiáng)度差別也較大，可佐證臭氧氧化液相發(fā)光光譜儀在分析領(lǐng)域有實(shí)用意義。利用本發(fā)明方法可以獲取水體物質(zhì)臭氧氧化發(fā)光的波長(zhǎng)范圍的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，即光譜信息，根據(jù)獲取的光譜數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)被測(cè)水體中包含的物質(zhì)成分，開(kāi)展更加深入的研究分析，并完善光譜學(xué)體系。本發(fā)明方法主要用于研究和分析被測(cè)物質(zhì)被臭氧氧化產(chǎn)生發(fā)光的光譜，可以用于對(duì)應(yīng)分析檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)被臭氧氧化產(chǎn)生發(fā)光的特定元素的種類(lèi)和含量。本本發(fā)明方法可以開(kāi)發(fā)出獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光光譜的儀器，如臭氧氧化化學(xué)發(fā)光光譜儀，并利用這種儀器充分研究臭氧氧化發(fā)光光譜揭示的反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律，儀器設(shè)備可以作為科研分析儀器設(shè)備，提供給研究單位進(jìn)行研究使用，開(kāi)辟更廣泛的研究領(lǐng)域，綜合評(píng)價(jià)被測(cè)物的指標(biāo)和特定物質(zhì)的含量。本發(fā)明獲取的光譜，可以應(yīng)用于化學(xué)、環(huán)境、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、水質(zhì)分析、食品飲品等領(lǐng)域的研究和分析試驗(yàn)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，包括電腦、反應(yīng)室、樣品容器、樣品蠕動(dòng)泵、臭氧發(fā)生器、臭氧蠕動(dòng)泵，所述反應(yīng)室中設(shè)有微孔濾膜，所述微孔濾膜將所述反應(yīng)室分隔為臭氧腔和反應(yīng)腔，所述樣品容器和所述樣品蠕動(dòng)泵之間具有管路，樣品蠕動(dòng)泵的出口管路與所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔連通，所述臭氧發(fā)生器和所述臭氧蠕動(dòng)泵之間具有管路，臭氧蠕動(dòng)泵的出口管路與所述反應(yīng)室的臭氧腔連通，排出管路與所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔的上方連通，其特征在于在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有聚光鏡系統(tǒng)，在所述聚光鏡系統(tǒng)后面設(shè)有準(zhǔn)直鏡，光纖光譜儀通過(guò)光導(dǎo)纖維與所述準(zhǔn)直鏡連接，所述光纖光譜儀與所述電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，其特征在于在所述反應(yīng)室的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有反射鏡，所述反射鏡設(shè)在所述聚光鏡系統(tǒng)下方的反應(yīng)腔的內(nèi)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，其特征在于所述光纖光譜儀為微弱光光纖光譜儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，其特征在于在所述樣品容器和所述樣品蠕動(dòng)泵之間的管路上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器，其特征在于所述過(guò)濾網(wǎng)的孔徑范圍為O. 4-0. 6mm。
6.一種利用權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的儀器獲取臭氧氧化水體物質(zhì)光譜的方法，其特征在于，所述方法按下述步驟進(jìn)行 (I)、利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，利用臭氧蠕動(dòng)泵將臭氧氣體送入反應(yīng)室的臭氧腔，經(jīng)微孔濾膜進(jìn)入反應(yīng)腔； (2 )、水體物質(zhì)樣品用水樣蠕動(dòng)泵將其送入反應(yīng)室的反應(yīng)腔； (3)、臭氧氣體與水體物質(zhì)樣品在反應(yīng)腔混合，臭氧氣體與水體物質(zhì)樣品連續(xù)均勻地接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光； (4)、通過(guò)反應(yīng)腔內(nèi)壁的反射鏡，對(duì)發(fā)光信號(hào)反射，使不同方向的光線進(jìn)入聚光鏡系統(tǒng)，并對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行光學(xué)密封； (5)、從聚光鏡系統(tǒng)接收發(fā)光信號(hào)，聚光鏡系統(tǒng)匯聚光能量到準(zhǔn)直鏡、準(zhǔn)直鏡再會(huì)聚到光導(dǎo)纖維傳輸?shù)焦饫w光譜儀； (6)、利用光纖光光譜儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集，輸出到電腦進(jìn)行光譜規(guī)律的顯示、存儲(chǔ)和處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述臭氧濃度范圍為18 25mg/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于光譜采集使用的是美國(guó)海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的QE65000或荷蘭愛(ài)萬(wàn)提斯公司生產(chǎn)的AvaSpec-HS-TEC微弱光光纖光譜儀，對(duì)光纖光譜儀的外圍參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，采用寬狹縫、粗直徑光導(dǎo)纖維，長(zhǎng)時(shí)間積分，扣除暗背景影響。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檢測(cè)臭氧氧化液相發(fā)光光譜的儀器及獲取方法，它可以獲取臭氧氧化水體物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光的光譜，即不同波長(zhǎng)下光強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)。技術(shù)方案是，包括電腦、反應(yīng)室、樣品容器、樣品蠕動(dòng)泵、臭氧發(fā)生器、臭氧蠕動(dòng)泵，在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有聚光鏡系統(tǒng)，在聚光鏡系統(tǒng)后面設(shè)有準(zhǔn)直鏡，光纖光譜儀通過(guò)光導(dǎo)纖維與準(zhǔn)直鏡連接，光纖光譜儀與電腦通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線連接。本發(fā)明獲取發(fā)光光譜的方法，利用臭氧氧化與水體物質(zhì)在反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生發(fā)光，通過(guò)聚光系統(tǒng)充分采集光能量，傳輸?shù)焦庾V儀轉(zhuǎn)換為隨波長(zhǎng)變化的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，傳輸?shù)诫娔X顯示光譜信息。
文檔編號(hào)G01N21/76GK102944547SQ20121043737
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者侯廣利, 任國(guó)興, 湯永佐, 劉巖, 張述偉, 張穎穎, 劉冬彥, 高楊, 王洪亮, 程巖, 褚東志, 曹煊, 馬然, 呂婧, 石小梅 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所