基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置及检测方法，其中检测装置包括可供待测液体流过的管道，固定于管道中的检测芯片，对应设置于管道侧部的光源和光电探测器，以及与光电探测器电连接的报警电路；所述检测芯片包括形成三维结构的聚合物及镶嵌于聚合物中的酸碱指示剂分子。本发明让待测液体通过设有检测芯片的管道，可以对液体进行实时、在线检测，第一时间发现pH偏离正常值，最大程度控制污染造成的损害。另外，通过酸碱指示剂的选取，可以在较大pH范围内检测待测液体。
【专利说明】基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量仪器，尤其是一种用于检测工业废水及其他流体pH值的在线监 测报警装置。
【背景技术】
[0002] pH的测量与现代工业、农业、医药、生物工程、环境及科学研究等领域息息相关，因 此pH传感器目前备受关注，工业废水中的pH值测量是目前比较显著的需求。
[0003] 对于pH测量，传统技术采用指示剂在溶液中的标定，利用指示剂颜色的变化来进 行测试，或采用pH仪来测量等。但这些方法均采用取样的方式来测定溶液的pH值，对随时 变化的工业废水的pH检测相对滞后，不能实时反应溶液酸碱性的变化，其结果是当检测到 pH值偏离正常时，污染已经发生，不能在第一时间控制污染造成的损害。
[0004] 在血液pH监测中，有的仪器通过血液中的蛋白质与反应膜发生化学发光反应，以 此来检测pH值，但是这种设备的使用范围非常小，只能用于检测含有蛋白质的液体的pH 值，而且制作成本高，灵敏度退化很快。
【发明内容】
[0005] 发明目的：提供一种基于酸碱指示剂吸收光谱的实时在线pH报警装置，以解决现 有技术的上述问题，实现对工业废水或其他流体pH值的实时在线检测和报警，降低成本， 延长使用寿命。
[0006] 技术方案：一种基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置，包括可供待测液体 流过的管道，固定于管道中的检测芯片，对应设置于管道侧部的光源和光电探测器，以及与 光电探测器电连接的报警电路；所述检测芯片包括形成三维结构的聚合物及镶嵌于聚合物 中的酸碱指示剂分子； 在工作时，待测液体流经管道，与检测芯片中的酸碱指示剂分子发生显色反应，当pH 波动时，溶液的颜色随之变化，溶液吸光度发生变化，光电探测器根据接收到的光强判断溶 液的pH是否超过预定值。
[0007] 所述酸碱指示剂分子包括甲基红、酚酞类指示剂、磺代酚酞类指示剂和偶氮化合 物类。
[0008] 工作原理：不同pH值的液体流过检测芯片时，与固定在管道内的酸碱指示剂接 触，发生显色反应。对于某一特定的指示剂，其透射光谱随pH值改变而改变。选定随着不 同pH值透过率有显著变化的波长作为照射光源的波长。光电探测器接收透过光强，并进行 光电转换，接入报警电路。因此，pH的改变将引起透过光强的实时改变，进而引起电信号强 度的变化，报警器对达到报警阈值的溶液pH值进行报警，从而此装置可对流经的液体的pH 值进行实时、在线的检测和报警。
[0009] 采用上述基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置检测液体pH的方法，包括 如下步骤： 步骤1、确定待测液体pH的预期范围； 步骤2、根据所述pH的预期范围选择酸碱指示剂制作检测芯片，并调整光源，使之发出 pH敏感波长的光，调整报警电路的驱动信号阈值； 步骤3、将待测液体与检测装置的管道连通，开启装置，开始检测待测液体的pH。
[0010] 有益效果：本发明让待测液体通过微流控芯片的微通道，可以对液体进行实时、在 线检测，第一时间发现pH偏离正常值，最大程度控制污染造成的损害。另外，通过酸碱指示 剂的选取，可以在较大pH范围内检测待测液体。同时，该装置制作简单，成本低廉，具备自 动报警功能，在工业废水排放检测方面及其他需要实时监控流体pH值的场合均有广泛的 应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的结构示意图。
[0012] 图2为本发明酸碱指示剂在不同pH值溶液中的透射光谱。
【具体实施方式】
[0013] 如图1和图2所示，本发明基于酸碱指示剂吸收光谱的实时在线pH报警装置主要 包括：光源2、通道5、固定有酸碱指示剂的检测芯片、光电探测器8和报警电路9。具有不 同pH值的待测溶液1流经该通道时发生显色反应，透过率改变；光电探测器将透过微流控 芯片的光信号转变为电信号；报警电路对达到报警阈值的溶液pH值进行报警。
[0014] 在进一步的实施例中，调整光源，使之发出的光波波长随着pH值变化透过率有显 著变化。
[0015] 检测芯片可以为多种结构或形式，例如可以为具有pH值指示功能的微流控芯片， 它由带微通道的基片和固定有酸碱指示剂的盖片封接而成。
[0016] 其制作方法为：在盖玻片3上旋涂一层按一定比例混合的聚合物与酸碱指示剂混 合物，构成酸碱指示剂层4,酸碱指示剂分子7通过物理包埋的形式镶嵌在聚合物三维结构 中；盖玻片3和酸碱指示剂层4共同组成盖片；在基片6上制作微通道5 ;将盖片和具有微 通道5的基片6封接，构成具有pH指示功能的微流控芯片。
[0017] 在其他实施例中，管道内设有固定位，检测芯片可拆卸地固定于管道内。
[0018] 以甲基红作为酸碱指示剂为例，具体说明本发明的工作原理。
[0019] 流入的待测液体1进入具有酸碱指示功能的微流控芯片通道5内，选定光源2照 射到芯片。待测液体1与酸碱指示剂7发生显色反应，溶液透过光谱发生改变，经通道的另 一端流出。以图2为例，酸碱指示剂甲基红的透射光谱随pH值的改变而改变，405nm波长处 透过率随pH值变化敏感，故选定405nm左右的光作为照射光源。光电探测器8将透过溶液 的光信号转换成对应的电信号。
[0020] 如附图2所示，甲基红在pH值为7时405nm处的光透过率很小，pH值为3时透过 率很高，相应地光电探测器8将输出不同的电信号驱动报警电路9,对pH值小于设定报警阈 值的溶液pH值进行报警。本例中所选指示剂甲基红为(酸性指示剂)，可以实现对流入的酸 性液体进行实时、在线检测与报警，若选用其他指示剂(如酚酞)，选择合适的pH敏感波长作 为照射光源2波长，即可以实现对流入的碱性液体进行实时、在线检测与报警。
[0021] 从上述实施例可以看出，本发明检测方法包括如下步骤： 步骤1、确定待测液体pH的预期范围； 步骤2、根据pH的预期范围选择酸碱指示剂制作检测芯片，并调整光源，使之发出pH敏 感波长的光，调整报警电路的驱动信号阈值； 步骤3、将待测液体与检测装置的管道连通，开启装置，开始检测待测液体的pH。
[0022] 总之，本发明基于酸碱指示剂，在不同pH值溶液中发生显色反应，透过光谱改变， 通过光电转换电路将pH敏感的透过光强转换为pH敏感的电信号，报警电路对达到报警阈 值的溶液pH值进行报警。一般所用酸碱指示剂有甲基红、酚酞等，但不限于此。
[0023] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这 些等同变换均属于本发明的保护范围。
[0024] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
【权利要求】
1. 一种基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置，其特征在于，包括可供待测液体 流过的管道，固定于管道中的检测芯片，对应设置于管道侧部的光源和光电探测器，以及与 光电探测器电连接的报警电路；所述检测芯片包括形成三维结构的聚合物及镶嵌于聚合物 中的酸碱指示剂分子； 在工作时，待测液体流经管道，与检测芯片中的酸碱指示剂分子发生显色反应，当pH 波动时，溶液的颜色随之变化，溶液吸光度发生变化，光电探测器根据接收到的光强判断溶 液的pH是否超过预定值。
2. 如权利要求1所述的基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置，其特征在于，所 述酸碱指示剂分子包括甲基红、酚酞类指示剂、磺代酚酞类指示剂和偶氮化合物类。
3. -种采用权利要求2所述的基于酸碱指示剂吸收光谱的pH在线检测装置检测液体 pH的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、确定待测液体pH的预期范围； 步骤2、根据所述pH的预期范围选择酸碱指示剂制作检测芯片，并调整光源，使之发出 pH敏感波长的光，调整报警电路的驱动信号阈值； 步骤3、将待测液体与检测装置的管道连通，开启装置，开始检测待测液体的pH。
【文档编号】G01N21/78GK104111255SQ201410354201
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】朱利, 杨亚洲, 王春雷, 崔一平 申请人:东南大学