专利名称：确定固/液相的方法
技术领域：
本发明提供一种确定水溶液是固相还是液相的方法。
更准确说，本发明涉及一种确定包含至少一可能最少水量的物质的液态或固态的方法。
背景技术：
现有很多种类的方案，其中很重要的是了解包含最少水量的物质是固态还是液态，或更准确说，包含在物质中的水部分是液态还是固态，还是水在固态与液态之间的转换状态。
其中做出这种确定十分重要的一个领域是在冬季监测道路的状态。
众所周知，在低于冰冻温度的时候，可能发生对于道路的适当养护，使用高或低浓度的氯化钠水溶液，较少用其他盐的水溶液。
在这样的喷洒后，很重要的是，该适当养护能够定期检查水溶液处于液体形式，以防止在路面上形成冰或霜的风险。
不用说，形成霜或冰的风险各路面区域有很大的不同。因此，探测是否所喷洒的水溶液已在局部转变为固态是很重要的，尤其是对于道路安全。
对这种可能出现情况的清楚的手工或视觉检查费工、费钱，并且具有随意性。
仅仅是统计上的或地理意义上太过局部的检查造成遗留非常危险道路部分的风险。
而且，当这些检查不得不在较差的灯光条件下进行时，视觉检查的效果就比较差。
因此，存在对于技术的切实需求，特别是但不限于检查冬天道路的状态，使其能够确定包含水的物质的固液状态，特别是利用不依靠视觉观察、手工检查的方法，或者进行在地理上过于局部或无法代表道路的测量。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种确定满足上述条件的水溶液，或更通常地一种包含水的物质，是固相还是液相的方法。
为实现此目的，本发明的确定水溶液固/液相的方法的特征在于，其包括下列步骤 a)使所述水溶液被一束光子照射； b)在每厘米((^12500至4000的波数范围内记录被所述溶液散射的光子的拉曼光谱； c)进行所述记录，以由此推导出所述水溶液的固/液相。
显然，实现该方法的设备仅包括光子源、拉曼光谱仪和信息处理设备。
由此导致的结果是，不需要在实现该方法的设备与被确定相的物质之间有任何接触。
由此导致的另一结果是，实现该方法的所有设备可相对于该待查物质或相对于该物质放置的支撑物移动。
由此导致的最后一结果是无论该物质的外部条件如何，都可做出此确定。
在如上所述检查道路状态的情况下，所有的必要设备都可放在沿路移动的车上。
当检查冷冻食品时，该食品可位于传送带等上，实现该方法的设备静止。
在该方法的一优选实施例中，为实现步骤C) ·限定作为所述范围中波数函数的拉曼强度的曲线；和 ·基于对应于该水溶液的OH键的对称性伸展的波数子范围中与对应于该水溶液的OH键的非对称性伸展的波数子范围的拉曼强度之间的至少一个差异推导出所述水溶液的固/液相。
在该方法的一个实施例中，为实现步骤C) ·限定作为所述范围中波数函数的拉曼强度的曲线； ·对于所述溶液确定两个特定波数； ·计算表示对应于所述两特定波数的拉曼光谱上的点的量值间的比，以获得对于所述溶液的相比；和 ·将所述相比与作为温度函数的所述相比的基准曲线进行对比。
在该方法的第一实施例中，该相确定方法的特征在于，为了确定所述相比的基准曲线 ·记录在所涉及范围内作为波数函数的不同温度下所述溶液的拉曼强度的曲线； ·对于各曲线确定对应于两个特定波数的拉曼强度，并计算这些强度的比，以获得各温度的基准相比；和 ·限定作为温度函数的所述基准相比的曲线。
在该方法的第二实施例中，该相确定方法的特征在于，为了确定所述相比的基准曲线 对于各曲线，确定对应于所述两特定值的曲线的点，计算由所述点附近处的曲线所限定的面积，计算这些面积的比，以获得对于各温度的基准相比；和 ·限定作为温度函数的所述基准相比的曲线。
该相确定方法的特征优选为，选择所述两个特定波数，以使一个所述波数在对应于OH键的对称伸展的波数子范围中选择，另一个在对应于OH键的非对称伸展的波数子范围中选择。
该方法可应用于很大数量的水溶液，特别是其中包括氯化物、醋酸盐、甲酸盐、尿素，或这些盐的部分或全部的混合物。
更通常地，本发明应用于任何当溶于水中时产生阴离子的物质。
本发明的第二个目的是提供以上限定的用于确定道路状态的方法在其不同变例中的应用或使用。
此检查方法的益处已在上文中解释。
本发明的第三个目的是提供以上限定的检查食品冷冻状态的方法的应用或使用， 特别是产生盐水的食品，但不限于此。
通过检查包含在食品中水的固相或液相，可确定其冷冻状态。这在经济和技术上是可行的，特别是该方法是非破坏性的，并可穿过食品包装进行。
本发明的第四个目的是提供为探测传送包含至少部分的水的物质的管道中冰的出现或存在的方法的应用或使用。
本发明的其他特征和优点通过阅读以下本发明几个作为非限定例子的实施例的描述变得更加明显。
本说明书参照附图，其中 图1是显示水溶液的拉曼光谱的一例子的曲线； 图2显示使用于本发明的方法中的一基准曲线的例子； 图3显示对不同波数所确定的纯水的三个基准曲线； 图4显示对于60克/升(g/L)NaCl溶液的基准曲线； 图5显示实现本发明方法的设备的一个例子； 图5A显示使用于所述设备的工艺回路；和 图6显示氯化钠、醋酸钾水溶液以及液相和固相尿素的拉曼光谱。
具体实施例方式如上文所解释的那样，本发明的方法使用拉曼光谱测定法。
此技术本身已众所周知，因此无须详细描述。
可简述其大致的原理。
当一样本施加于一单电磁波时，光的一小部分被散射。
散射光的频率分析显示出作为入射光的相同波长(弹性散射)的组分和包含与入射波束不同波长(非弹性散射)的组分。
此第二组分用于拉曼光谱测定法。散射光束的拉曼光谱表示该电磁光束所应用的媒介的特征。
确定完全确认的水溶液的固相或液相的方法描述如下。
实施该方法包括构建基准曲线的初始步骤，随后是确定所测物质的真实液相或固相的步骤。
图1显示在给定温度的待确定相的溶液的拉曼光谱；横坐标轴表示波数，纵坐标轴表示拉曼强度。
波数的整个范围PL，从2500CHT1延伸至4000CHT1，可分为两个子范围PL1和PL2,分别对应于水的OH键的对称伸展，其表示固态，和水的OH键的不对称伸展，其表示液态。
在子范围P1中第一波数S1和在子范围P2中第二波数&被选择。
可基于基准曲线做出的辨别通过适当选择波数S1和&对而得到改进。
对于波数S1和S2,在曲线S上对应点P1和P2。与各点P1和P2相联系的是代表其拉曼强度的量值。对于点P1和P2附近的一限定的曲线部分，这可以是强度自身I1或I2，或曲线S和横坐标轴之间的面积A1或4。在所表示的幅度之间的相比于是被计算出。
I1(T)A1(T) Rp(T) = ^l-or Rp(T) = -^l-
丄I)八I 对于所涉及温度范围中不同的温度实施相同的操作。
基准曲线Ck(T)可通过沿横坐标轴标绘温度T和沿纵坐标轴标绘相比艮而绘制。
图2显示对于待确定相的水溶液的基准曲线Ck的例子。
在此图中，可以看到曲线Ck的包括对应于固态的第一部分&，对应于液态的第一部分&，和对应于固/液转换的中间部分 图3显示对应于仅水的特殊情况下相同水溶液的基准曲线CK1、CK2、CK3。
通过计算面积A1 (3，080CHT1 至 3，200cm_1)和 A2 (3，300cm_1 至 3，420cm_1)的比确定曲线 CE1,Rpο 曲线 CE2,Rp 由面积 A1 (3，080cm_1-3, 200cm_1)和 A2 (3，350cm_1-3, δΟΟαιΓ1)计算。
曲线CE3> Rp通过分别对应于S1 = 3，135cm"1和S2 = 3，425cm—1的强度I1和I2计算。
注意无论使用什么方法来确定基准曲线，所有获得的曲线都具有大致相同的形状。
在建立对应于待测水溶液和所涉及温度范围的基准曲线Ck之后，水溶液的液相或固相在原处通过记录该溶液的拉曼光谱而被确定。从该光谱记录，特别针对该溶液的相比 &被计算，自然同时使用与建立基准曲线Ck相同的参数(相同WS1和&值，强度或面积的使用)。
通过绘制以此方法在基准曲线Ck上确定的相比&的值，可推导出该水溶液是液相、固相还是转换相。
在上文的描述中，该确定水溶液的相的方法的不同步骤得到解释。
该方法包括准备基准曲线Ck的初始步骤和与待测水溶液的例子相关联的测量步骤。
该初始步骤并不需要接近待测样本。其足以用于与待测溶液相同的水溶液样本。
如果涉及该确定步骤，这需要获得样本的拉曼光谱，用于通过该获得的光谱的数学和逻辑方法进行测试。这因此无须与测试水溶液接触，也无须该溶液的任何特殊条件。
本发明的方法因此在使用上更具灵活性。
作为非限制性示例，以下是对喷洒在路面上的防结冰物质(例如NaCl)水溶液的相确定设备的描述。
如图5中所示，该设备包括车辆10，车辆10具有安装在其侧面并朝向路面14的拉曼探针12，待测水溶液喷洒在路面14上。探针12通过光纤16连接到仪器18上。
该仪器可包括一激光源20和与光纤16相连的拉曼光谱仪22。光谱仪22向处理单元M发送信息，该信息对应于连续建立的拉曼光谱。信息捕捉瞬间可由处理单元M自动产生。
处理单元M与存储涉及基准曲线Ck、波数S1和&数据的存储器沈以及处理所接收的拉曼光谱的软件相关联。
对于各所接收的光谱，计算出相比&，并将基准曲线与所计算的相比&进行对比， 以推导出水溶液的相。一显示屏观可使操作者看到结果。这些结果可同等地构建用于另一装置或方法的控制数据，并可因此输入那些装置或方法的控制回路。
当然，该方法的使用可设想不同于上述内容。它们可依靠确定物质，特别是水溶液的固相或液相，只要该物质包含足够量的水。
如上文所述，该方法可在上文限定的意义中应用于众多的水溶液中的盐。
为说明这些可能性，图6显示三个拉曼光谱SA、SB和SC，分别对应于氯化钠、醋酸钾和尿素。对于每种盐，提供了液态中拉曼光谱I的例子和固态中拉曼光谱II的例子。
权利要求
1.一种确定水溶液的固/液相的方法，其特征在于，其包括以下步骤a)使所述水溶液受到一束光子照射；b)在从2500CHT1至4000CHT1的波数范围内记录由所述溶液散射的光子的拉曼光谱；和c)处理所述记录以从中推导出所述水溶液的固/液相。
2.如权利要求1所述的相确定方法，其特征在于，为实施步骤c) 限定在所述范围中作为波数函数的拉曼强度的曲线；和 基于对应于该水溶液的OH键的对称性伸展的波数子范围中与对应于该水溶液的OH 键的非对称性伸展的波数子范围中拉曼强度之间的至少一个差异推导出所述水溶液的固/ 液相。
3.如权利要求1或2所述的相确定方法，其特征在于，为实施步骤c) 限定作为所述范围中波数函数的拉曼强度的曲线； 对于所述溶液确定两个特定波数； 计算表示对应于所述两特定波数的拉曼光谱上的点的量值间的比，以获得所述溶液的相比；和 将所述相比与作为温度函数的所述相比的基准曲线进行对比。
4.如权利要求3所述的相确定方法，其特征在于，为了确定所述相比的基准曲线 记录在所涉及范围内作为波数函数的不同温度下所述溶液的拉曼强度的曲线； 对于各曲线确定对应于两个特定波数的拉曼强度，并计算这些强度的比，以获得各温度的基准相比；和 限定作为温度函数的所述基准相比的曲线。
5.如权利要求3所述的相确定方法，其特征在于，为了确定所述相比的基准曲线 对于各曲线，确定对应于所述两特定值的曲线的点，计算由所述点附近处的曲线所限定的面积，计算这些面积的比，以获得对于各温度的基准相比；和 限定作为温度函数的所述基准相比的曲线。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的相确定方法，其特征在于，选定所述两个特定波数，以使所述波数中的一个在对应于OH键的对称性伸展的波数子范围中选择，另一个在对应于OH键的非对称性伸展的波数子范围中选择。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的相确定方法，其特征在于，所述水溶液包含从包括氯化物、醋酸盐、甲酸盐、尿素或所述盐的混合物的组中选择出的盐。
8.如权利要求1-6中任何一项所述的相确定方法，其特征在于，所述水溶液包含在溶解于水中时产生阴离子的任何物质。
9.如权利要求1-8中任何一项所述方法的应用，以探测道路上水的存在及其液相或固相。
10.如权利要求1-8中任何一项所述方法的应用，以检查食品的冷冻状态。
11.如权利要求1-8中任何一项所述方法的应用，以探测传送包含至少一部分水的物质的管道中冰的出现或存在。
全文摘要
一种确定水溶液的固/液相的方法，其包括以下步骤a)使所述水溶液受到一束光子照射；b)在从2500cm-1至4000cm-1的波数范围内记录由所述溶液散射的光子的拉曼光谱；和c)处理所述记录以从中推导出所述水溶液的固/液相。
文档编号G01N21/65GK102187204SQ200980141471
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月17日
发明者伊瓦纳·杜瑞科维基, 马里奥·马尔切蒂, 雷米·克拉夫利-罗斯拜德, 吉恩·利威特, 帕特里斯·博森, 马克·冯塔纳, 吉恩-玛丽·查索特 申请人:梅茨·保罗·魏尔伦大学