多波长过程光度计的制作方法

多波长过程光度计
1.本发明涉及一种用于准连续地确定液体样品吸收率的多波长过程光度计，以及一种具有浸入废水池的废水中的浸入式探针的废水测量装置，所述浸入式探针包括多波长过程光度计。
2.过程光度计可以准连续地确定液体样品在不同波长下的光吸收率。例如，液体样品可以是废水处理厂的废水池中的废水。因此，过程光度计在闭环控制电路中提供实时的实际分析物浓度值。过程光度计确定液体样品在不同波长下的吸收率，以同时确定不同分析物的浓度值和/或提高测量质量。
3.现有技术的过程光度计具有连续光谱闪光源，其中闪光被引导到样品测量单元，并且现有技术的过程光度计具有复杂的光学装置，以提供所有不同波长选择型光检测器在完全相同的时间下接收来自样品测量单元的具有完全相同强度的闪光。这些光学装置通常是机械敏感型的，需要高质量的光学部件，并且需要精确地调整以提供所有不同波长选择型光检测器接收来自测量单元的具有完全相同强度的闪光。如果液体样品是混浊的，则测量结果可能会明显失真。
4.本发明的目的是提供一种简单且稳健的多波长过程光度计。
5.该目的是用具有权利要求1的特征的多波长过程光度计来解决的。
6.根据本发明的多波长过程光度计适用于同时在不同波长下准连续地确定液体样品的消光率或吸收率。所述过程光度计设置有连续光谱闪光源，所述闪光源例如可以是具有足够连续的发光光谱的氙闪光灯。闪光源可以以例如1hz至50hz的频率被间歇地激活。多波长过程光度计不一定在过程中使用，但通常适合在过程中使用，因为光度计可以准连续地同时提供不同波长下的光度测量结果。
7.过程光度计设置有由闪光源辐射的透明液体样品测量单元。液体样品测量单元优选地是流动单元，液体样品例如通过电动样品液体泵泵送而连续地流动通过所述流动单元。测量单元的高透明度允许闪光源的光辐射穿过测量单元，包括其中的液体样品体积，从而允许确定样品测量单元内的液体样品的消光率/吸收率。对于闪光源的相关波长光谱，样品测量单元壁的透明度应尽可能大。
8.从闪光源来看，所述半透明光漫射元件设置在所述测量单元后面，用于均匀地漫射来自所述液体样品测量单元的所述闪光源的光。光漫射器元件高度地漫射来自样品测量单元的光，使得由光漫射器元件产生均匀的、非集中的、且漫射或扩散的光锥。
9.光漫射器元件产生具有至少几度的均匀锥角、优选地至少15
°
至40
°
的均匀锥角的空间均匀光锥。均匀锥角越大，光检测器就被布置得越靠近光漫射器元件。光检测器被布置得越靠近光漫射器元件，由光检测器接收的光信号的信噪比就越高。波长光谱的空间均匀性和光强度的空间均匀性在均匀锥角内足以在基本上平行于优选平面光漫射器元件的测量平面处具有完全相同的光谱和强度。
10.在均匀锥角内的光漫射器元件后面设置至少两个对不同波长敏感的光检测器。所述至少两个光检测器都与所述光漫射器元件具有基本相同的距离。
11.将半透明的光漫射器元件与两个或更多个对波长敏感的光检测器(所述两个或更
多个对波长敏感的光检测器相对于光漫射器元件具有相同的距离并位于均匀锥角内)相结合使用，提供了高度可靠且机械上非常稳健的装置，该装置允许同时确定液体样品在两个、三个或更多个不同波长下的吸收率/消光率。因此不需要高精度的光学元件，因为组装多波长过程光度计不再需要光学元件的非常精确的调整。混浊的液体样品不会影响测量结果。
12.会聚透镜优选地布置在闪光源与样品测量单元之间。会聚透镜将闪光源的光聚焦在液体样品测量单元的测量段处或测量段内。会聚透镜将尽可能多的闪光源的光集中在样品测量单元的测量段内，从而实现相对高的信噪比。
13.根据优选实施例，光漫射器元件由半透明漫射器本体限定，所述半透明漫射器本体具有直径小于30μm、优选地直径小于8.0μm的微夹杂物。微夹杂物的最大直径与由波长选择型光检测器测量的相关波长相适应。微夹杂物例如可以是气体的微气泡。
14.所述半透明光漫射器元件优选地由半透明漫射器本体限定，所述半透明漫射器本体具有大于100mio/cm3且小于5000mio/cm3、优选地小于2500mio/cm3的微夹杂物浓度，并且具有0.5mm至5.0mm的有效光学厚度。该微夹杂物浓度在相对薄且板状漫射器本体内提供足够的漫射或扩散。
15.光漫射器元件的面向检测器的表面优选地具有光散射表面结构。散射表面结构具有提供入射到表面结构的光被漫反射的结构精细度。典型的波长选择型光检测器设置有光敏半导体、和完全平面的全息波长选择型滤光器。由于全息波长选择型滤光器表面是平面的，因此滤光器将一部分入射光向后反射到光漫射器元件，所述光漫射器元件将这部分再次反射回光检测器。因为光漫射器元件的面向检测器的表面散射由滤光器元件反射的光，所以该反射光部分不会相关地影响吸收率测量结果。
16.所述过程光度计优选地包括具有汇总模块的电子光度计控制器，所述汇总模块用于汇总闪光源的至少10次闪光的光检测器的测量信号。由波长选择型光检测器接收的光的信噪比相对较低，这是因为光漫射器元件的有意高光漫射质量。通过在汇总模块中集成10个或甚至更多个光/信号来补偿信号减弱光漫射器元件的使用。
17.根据优选实施例，提供至少三个对波长敏感的光检测器，每个具有195nm与240nm之间的滤光波长。所述三个对波长敏感的光检测器可以例如具有205nm、215nm和230nm的滤光波长，用于检测硝酸盐、亚硝酸盐、和吸收基质的参考组分或其他组分。具有参考波长的光检测器用于具有接收到的光信号的总强度的参考。
18.根据优选实施例，一种废水处理测量装置设置有浸入废水池的废水中的浸入式探针。所述浸入式探针包括权利要求1至7中的一项所述的多波长过程光度计。由于多波长过程光度计设置在浸入式探针内或作为浸入式探针的一部分，因此不需要将液体样品泵送到陆基光度计，从而避免了采样动作与吸收率测量之间的延迟，并且最小化了闭环控制电路的反应时间。
19.参考随附附图描述本发明的一个实施例，在附图中：
20.图1示意性地示出了具有浸入废水中的浸入式探针的废水测量装置，所述浸入式探针包括根据本发明的多波长过程光度计；以及
21.图2更详细地示意性地示出了图1中的多波长过程光度计。
22.图1示意性地示出了作为用于净化废水的废水处理厂的一部分的废水测量装置10。废水测量装置10设置有具有废水13的大型废水池12。废水池12是一系列废水处理池(未
示出)中的一个池。废水测量装置10包括浸入式探针21，所述浸入式探针浸入废水13中并由固定的保持臂16保持。浸入式探针21包括多波长过程光度计20，所述多波长过程光度计准连续地实时地确定废水13的亚硝酸盐量，并通过合适的能量线和信号线电连接到陆基控制装置14。
23.过程光度计20设置有连续光谱闪光源24，所述连续光谱闪光源包括用于产生电能脉冲的闪光能量发生器26、和氙光源28。氙光源28通常具有长寿命，并且产生连续的波长光谱。闪光能量发生器26可以产生频率高达20hz的电能脉冲。闪光源24产生具有足够连续的波长光谱(特别是在150nm至300nm的紫外范围内的波长光谱)的光脉冲。
24.过程光度计20设置有会聚透镜30，所述会聚透镜30与闪光源24和作为流动单元的透明样品测量单元40布置成一直线，并布置在所述闪光源与所述透明样品测量单元之间。会聚透镜30的透镜本体32是双凸的，并且将闪光源24的光集中在样品测量单元40的测量段42内。在本实施例中，测量段42的轴向光学长度w1(即液线的横向直径)是2.0mm。测量单元40可以设置有擦拭器，所述擦拭器用于清洁测量段42中的液体管线的内表面。废水13的液体样品被电动样品泵48连续地泵送到测量单元40的测量段42。测量单元40的本体对于由闪光源24辐射的光基本上是透明的，并且在测量段42处被会聚透镜30聚集。
25.从闪光源24来看，半透明光漫射器元件50设置在样品测量单元40后面。光漫射器元件50由具有微夹杂物的半透明且板状漫射器本体52限定，其中微夹杂物的典型夹杂物直径为3μm至4μm、夹杂物浓度为300mio/cm3、并且轴向光学厚度w2约为1.0mm。漫射器元件50产生空间均匀的光锥，其中总锥角约为30
°
。光漫射器元件50的面向检测器的表面52具有光散射表面。
26.三个不同波长选择型光检测器61、62、63布置在光漫射器元件50后面。三个光检测器61、62、63都与光漫射器元件50具有基本相同的距离x4。每个光检测器61、62、63都设置有硅光传感器65和滤光波长分别为215nm、205nm和230nm的单独的干涉滤光器61
′
、62
′
、63
′
。本发明的光检测器装置允许精确地确定硝酸盐的浓度，其中215nm检测器61确定由亚硝酸盐引起的吸收率，205nm检测器62确定由硝酸盐和亚硝酸盐引起的吸收率，并且230nm检测器63确定闪光源24的一般光强度，并且如果给定所述一般光强度的话，则确定吸收基质的其它组分。
27.光传感器65的信号被三个信号放大器模块71放大，并且50个连续的放大信号被三个汇总模块72汇总，从而提供具有高信噪比的测量结果。光检测器61、62、63是电子光度计控制器70的一部分，所述电子光度计控制器70还控制和同步闪光源24，控制样品泵48，并与陆基控制装置14通信。
28.在过程光度计20的本实施例中，闪光源24的孔与会聚透镜30的凸面入光表面之间的距离x1约为17mm，会聚透镜30的凸面出光表面与测量单元40的平面入光表面之间的距离x2约为7.5mm，测量单元40的出光表面与光漫射器元件50之间的距离x3为13.5mm，并且光漫射器元件50与光检测器之间的距离x4为17.1mm。会聚透镜30的焦距约为9mm，使得由闪光源24产生的光的焦点位于测量段42的中心。

技术特征：
1.一种用于准连续地确定液体样品的吸收率的多波长过程光度计(20)，所述多波长过程光度计(20)包括：连续光谱闪光源(24)；透明液体样品测量单元(40)，所述透明液体样品测量单元由所述连续光谱闪光源(24)辐射；半透明光漫射元件(50)，所述半透明光漫射元件被布置在所述透明液体样品测量单元(40)后面，用于均匀地漫射来自所述透明液体样品测量单元(40)的所述连续光谱闪光源(24)的光；以及至少两个不同波长选择型光检测器(61、62、63)，所述至少两个不同波长选择型光检测器被布置在所述半透明光漫射器元件(50)后面，所述至少两个不同波长选择型光检测器(61、62、63)与所述半透明光漫射器元件(50)具有基本相同的距离(x4)。2.根据权利要求1所述的多波长过程光度计(20)，还包括：会聚透镜(30)，所述会聚透镜被设置在所述连续光谱闪光源(24)与所述透明液体样品测量单元(40)之间，所述会聚透镜(30)将所述连续光谱闪光源(24)的光聚焦在所述透明液体样品测量单元(40)的测量段(42)处。3.根据前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)，其中，所述半透明光漫射器元件(50)由半透明漫射器本体(52)限定，所述半透明漫射器本体具有直径小于30μm、优选地直径小于8.0μm的微夹杂物。4.根据前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)，其中，所述半透明光漫射器元件(50)由半透明漫射器本体(52)限定，所述半透明漫射器本体具有大于100mio/cm3且小于5000mio/cm3、优选地小于2500mio/cm3的微夹杂物浓度，并且所述半透明漫射器本体具有0.5mm至5.0mm的有效光学厚度(w2)。5.根据前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)，其中，所述半透明光漫射器元件(50)具有面向检测器的表面(51)，所述面向检测器的表面具有光散射表面结构。6.根据前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)，还包括：电子光度计控制器(70)，所述电子光度计控制器具有汇总模块(72)以汇总所述连续光谱闪光源(24)的至少10次闪光的所述至少两个不同波长选择型光检测器(61、62、63)的测量信号。7.根据前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)，其中，提供所述至少两个不同波长选择型光检测器(61、62、63)中的至少三个不同波长选择型光检测器，所述至少三个不同波长选择型光检测器中的每个具有195nm与240nm之间的滤光波长。8.一种废水测量装置(10)，包括浸入废水池(12)中的废水(13)中的浸入式探针(21)，所述浸入式探针(21)包括前述权利要求中的一项所述的多波长过程光度计(20)。

技术总结
本发明涉及一种用于准连续地确定液体样品的吸收率的多波长过程光度计(20)，该多波长过程光度计包括：连续光谱闪光源(24)；透明液体样品测量单元(40)，所述透明液体样品测量单元由所述闪光源(24)辐射；半透明光漫射元件(50)，所述半透明光漫射元件位于所述测量单元(40)后面，用于均匀地漫射来自所述液体样品测量单元(40)的所述闪光源(24)的光；以及至少两个不同波长选择型光检测器(61、62、63)，所述至少两个不同波长选择型光检测器位于所述光漫射器元件(50)后面，其中所述光检测器(61、62、63)与所述光漫射器元件(50)具有基本相同的距离(X4)。离(X4)。离(X4)。


技术研发人员：安德烈亚斯
受保护的技术使用者：哈希朗格有限公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2023/9/9