带有试剂诊断的色度分析仪的制作方法

本申请基于2016年9月30日提交的美国临时专利申请No.62/402,069并要求享有该申请的优先权，其内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本申请涉及试剂诊断的领域，更具体地，涉及带有试剂诊断的色度分析仪。

背景技术：

在线湿化学分析仪用于各种工业中以提供对过程样本中的分析物的连续指示。该连续指示可以由分析仪本地提供和/或远程提供给一个或多个合适的设备，以便提供对化学过程的控制和/或监测。

在线湿化学分析仪的一种具体示例是在线自动色度分析仪。这种设备被配置为在过程样本中产生反应，该反应创建与过程样本相关的可视指示。该可视指示由光学传感器或光检测器测量，以提供与反应相关的指示。色度分析用于从医疗实验室到工业废水处理设施的多种场景。该分析可与或不与酶催化阶段一起使用，并且适用于检测无机和有机化合物。已知色度技术用于检测钙、铜、肌酸、铁、磷酸盐、胆固醇、葡萄糖、尿素、甘油三酯和二氧化硅。

自动色度分析仪的一个具体示例是在线二氧化硅分析仪，其采用已知的反应，使得能够容易地检测过程样本中的二氧化硅。这种反应的一个示例被称为钼蓝法。在钼蓝法中，钼酸盐(通常为钼酸钾的形式)用于与过程样本中的二氧化硅反应，以产生适合于色度检测的化合物。根据钼蓝法，基于通过湿化学过程形成的硅钼酸的颜色来测量水中的二氧化硅含量。钼蓝法还能够用于对磷、砷和锗进行色度定量分析。

在使用光学测量技术的在线湿化学分析仪中，重要的是促进有效光 学测量。样本或试剂的可能干扰光学测量的与分析物的存在或浓度无关的方面或属性会产生测量误差。因此，识别和/或减少这种伪像是有益的，以便在光学色度测量中获得更高的精度和保真度。

技术实现要素：

色度分析仪包括：反应室，被配置为接收样本和至少一个试剂。测量单元可操作地耦接到反应室。测量单元具有照明源和照明检测器，照明检测器与照明源分隔开，使得来自照明源的照明穿过测量单元到达照明检测器。控制器耦接到照明源和照明检测器。控制器被配置为确定还原剂的吸光度并且将所确定的试剂吸光度存储在分析仪中。控制器被配置为使用所确定的试剂吸光度来补偿至少一个后续色度样本测量。

附图说明

图1是本发明的实施例尤其有用的在线二氧化硅分析仪的示意视图。

图2是根据本发明的实施例的在自动色度分析仪中处理样本的方法的流程图。

图3是根据本发明的实施例的在色度分析仪中提供试剂诊断的方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明的实施例的分析仪可用于试剂与要测试的连续液体流进行混合的任何连续过程中。仅为了解释的目的，本发明的实施例被描述为可用于例如在发电站中针对可溶硅酸盐(二氧化硅)的存在的测试，其中在发电站中，由于硅酸盐容易涂覆在涡轮叶片上，所以不期望这种硅酸盐的存在。

在典型的工业应用中，可能期望将二氧化硅的水平维持在20ppb。仅为了解释的目的，本发明的实施例将被描述为用于测量连续水流(例如，来自发电站)中存在的硅酸盐量的自动连续系统的一部分。

在基于色度的化学分析(比如二氧化硅分析)中，试剂本身的光吸收可能会引起潜在的干扰。干扰的量可能由于制造、保存期限/动向(d rift)和试剂的运送方法而有所不同。本发明的实施例提供了用于使用具有优良品质的样本准确地且快速地确定由于试剂引起的干扰的系统和方法，从而使得能够将过程样本用于在线自动色度分析仪。

在使用色度方法进行二氧化硅测量期间，通常首先将螯合剂添加到样本溶液，形成复合物(complex)。在一个示例中，该螯合剂是酸溶液Mo^VI，例如钼酸铵。然后，添加还原剂，以还原复合物，这使溶液变蓝。还原剂的示例包括抗坏血酸和/或亚铁离子。然后，执行在例如810nm处的对蓝色溶液的吸光度测量。根据Beer-Lambert定律，吸光度与样本溶液中的二氧化硅的浓度成正比。

当亚铁离子(Fe²⁺)用作还原剂时，亚铁离子本身在810nm处展现出一定的吸光度。从而，在810nm处来自未反应的亚铁离子的吸光度将潜在地成为测量的误差，尤其是当二氧化硅浓度较低时。

图1是本发明的实施例尤其有用的在线二氧化硅分析仪的示意视图。分析仪100包括控制器102，控制器102耦接到空气源104和泵106、108、110和112。此外，控制器102还耦接到照明源114和照明检测器116。通常，每个泵106、108、110和112都是蠕动泵，其采用蠕动动作来移动其各自的液体。腔容积对于样本和标准通常为2.5mL(泵106和110)，对于试剂通常为0.2mL(泵108)。然而，任何合适的容积可以用于样本、标准和试剂。为了防止回流，设置了多个检查阀120。当需要混合样本/试剂/标准时，控制器102使得空气源104向反应室118中泵入一定量的空气，以在其中将所含之物混合。在经过了适当的反应时间之后，使用泵112将经过处理的样本泵送到测量单元122。一旦在测量单元122中提供了混合样本，控制器102就使得照明源114将测量照明指引通过混合样本到达检测器116。对于二氧化硅，这一测量照明将是波长约810nm的基本单色照明。根据已知技术，由检测器116检测到的照明提供对样本中的分析物的指示。例如，对于二氧化硅，控制器102自动地计算吸光度，并将结果转换成二氧化硅浓度读数。一旦测量完成，就使用新样本反复地冲洗，以分别从测量单元122和反应单元118移除经处理的样本。

根据本发明的实施例，对还原剂吸光度进行测量，并将其用于提供诊断输出和/或补偿后续的色度测量。例如，在基于色度方法的自动二氧 化硅分析仪中，添加试剂吸光度测量过程，以测量还原剂的吸光度。在该过程中，以与在二氧化硅样本测量过程中使用的试剂-样本比率相同的试剂-样本比率来向样本溶液添加还原剂。由于没有向样本添加任何螯合剂，所以所测量的吸光度将是来自还原剂的吸光度。试剂吸光度保存在色度分析仪中，并且用来通过从二氧化硅测量期间测量的吸光度中减去试剂吸光度来校正每次二氧化硅测量。

图2是根据本发明的实施例的在自动色度分析仪中处理样本的方法的流程图。方法200开始于框202，在框202处，自动色度分析仪以与在二氧化硅测量过程期间使用的比率相同的比率向样本添加还原剂。然而，在试剂测量周期期间，样本中并未添加或存在螯合剂。从而，虽然已经添加了试剂，但是溶液并不变蓝。这是特别有用的，其原因在于样本中的二氧化硅含量可能是未知的，然而由于没有添加螯合剂，因此二氧化硅保持未反应并且不会影响还原剂吸光度。从而，测量照明的唯一吸光度是还原剂的吸光度。接下来，在框204处，自动色度分析仪使用源116和检测器114测量还原剂的吸光度。在一个实施例中，所测量的吸光度在810nm处(例如，当用于使用钼蓝法测量二氧化硅时)。所测量的还原剂吸光度然后存储在分析仪100内，优选地存储在控制器102内的非易失性存储器内，如在框206处所示。在框208处，自动色度分析仪在已经添加了螯合剂和还原剂之后测量样本(比如二氧化硅样本)的吸光度。一些还原剂可能不会与复合物完全反应。如上文所述，未反应的还原剂将呈现出用于色度分析的照明的一定吸光度。从而，在框210处，控制器102使用所存储的吸光度值来针对未反应的还原剂的吸光度补偿二氧化硅样本测量。在一个实施例中，补偿包括从样本吸光度中减去还原剂吸光度。然后，可由分析仪100通过任何适当的方式提供补偿后的输出。图2中所示的方法可以在每次样本测量时执行或以样本测量的特定间隔(例如，每10次测量)执行或以时间间隔(例如，每小时或每天)执行。

图3是根据本发明的实施例的在色度分析仪中提供试剂诊断的方法的流程图。方法300开始于框302，在框302处，自动色度分析仪以与在样本测量过程期间使用的比率相同的比率向样本添加还原剂。然而，在方法300期间，样本中并未添加或存在螯合剂。从而，将还原剂添加到样本 并不产生引起着色的溶液的反应。接下来，在框304处，确定测量照明(例如，810nm)的还原剂的吸光度。在框306处，将在框304处确定的还原剂吸光度与一个或多个先前值进行比较。这可以通过将吸光度与存储在分析仪中的制造商设定值或阈值进行比较来实现。作为备选或补充，先前存储的吸光度值可以与所确定的值进行比较，以识别试剂吸光度的趋势或变化。可以使用用于处理历史还原剂吸光度的任何适当技术，包括但不限于适当的统计技术。在框308处，基于在框306处执行的比较和/或分析，产生诊断输出。诊断输出可以与关于还原剂需要被替换的本地指示一样简单。

虽然已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将会认识到的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现形式和细节上的改变。例如，本发明的实施例可以用来为色度分析仪提供智能诊断。这种诊断可以包括向用户提供试剂质量反馈。这种反馈可指示试剂已经过了其保存期限或如果干扰可与给定试剂的浓度相关联的话则可以指示试剂不合规格。此外，虽然关于二氧化硅分析器对本发明的实施例进行了一般的描述，但是这些实施例可以使用任伺色度分析仪进行实践，在这些色度分析仪中色度试剂在色度检测中存在固有干扰并且不受化学作用的影响。