色度测量的多波长光源的制作方法
【专利说明】色度测量的多波长光源
【背景技术】
[0001] 在线湿化学分析仪用于在多种工业中提供对过程样品中的分析物的连续指示。可 以由分析仪本地地提供和/或远程地向一个或更多个合适的设备提供该连续指示，以提供 对化学过程的控制和/或监视。
[0002] -种特殊类型的在线湿化学分析仪是在线二氧化硅分析仪。这些设备被配置为在 过程样品中产生反应，该反应允许确定对样品中的二氧化硅的指示。这种分析仪在确定锅 炉水、锅炉给水、软化水和蒸汽冷凝水中的二氧化硅含量中是有用的。尽管这种分析仪在多 种工业中是有用的，但是它们在发电厂锅炉中尤其有用。在这种系统中，二氧化硅可以形 成二氧化硅沉积物，二氧化硅沉积物可能损坏涡轮机和在水蒸汽涡轮循环中使用的其他发 电设备。因此，具有高压涡轮机的发电厂通常仔细监视二氧化硅，以确保有效的检测和移 除/修复。在线二氧化硅分析仪的一个特定示例是艾默生过程管理公司的罗斯蒙特分析以 CFA3030二氧化硅分析仪为商标名称销售的。
[0003] 在线二氧化硅分析仪通常将采用已知的反应来使过程样品中的二氧化硅易于检 测。这种反应的一个示例已知为钼蓝方法。在钼蓝方法中，使用钼酸盐（通常具有钼酸钾 的形式）与过程样品/溶液中的二氧化硅反应，以生成适于色度检测的化合物。根据钼蓝 方法，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。根据钼蓝方 法的色度检测依据比尔-朗伯定律，比尔_朗伯定律指出在光通过物质的透射（或透射系 数）T与物质的吸收系数a与光穿过材料行进的距离（即，路径长度）1的乘积之间存在对 数关系。比尔_朗伯定律表达如下：
[0005] 吸收系数可以写为吸收剂的摩尔吸收率（消光系数）e与材料中的吸收物种的摩 尔浓度c的乘积，其中I和I。分别是入射光和透射光的强度。
【发明内容】
[0006] 提供了一种用于确定样品中的关注分析物的浓度的色度湿化学分析仪。该分析仪 包括：反应室，被配置为接收样品并促进反应，该反应基于关注分析物的浓度改变样品的颜 色。光度单元可操作地与反应室耦合，以接收样品并引导照明通过光度单元。光度单元具 有：第一照明源，被配置为提供通过光度单元的第一波长的照明；以及第二照明源，被配置 为提供通过光度单元的第二波长的照明。第二波长与第一波长不同。光电检测器被配置为 检测通过光度单元的照明。控制器与第一照明源、第二照明源和光电检测器耦合，并且被配 置为基于来自光电检测器的信号来提供对关注分析物的浓度的指示。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明实施例尤其适用的在线二氧化硅分析仪的示意图。
[0008] 图2是硅钼酸的吸收光谱的图表的示意图。
[0009] 图3是根据本发明实施例的在线二氧化硅分析仪的示意图。
[0010] 图4是根据本发明实施例测量水样品中的二氧化硅含量的色度方法的流程图。
[0011] 图5是根据本发明实施例用于自动地改变二氧化硅测量的方法400的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 图1是本发明的实施例尤其适用的在线二氧化硅分析仪的示意图。分析仪100包 括与空气源104、泵106、108、110和112耦合的控制器102。附加地，控制器102还与照明 源114和照明检测器116耦合。通常，每个泵106、108、110和112在腔中包括化学惰性的柔 性膜。腔容量对于样品和标准通常是5mL(泵106和110)，并且对于试剂通常是0. 2mL(泵 108)。真空/压力泵（未示出）在膜上进行推和拉。真空使得室填充。压力将液体推出腔 进入反应室118中。提供多个止回阀120以防止回流。当需要对样品/试剂/标准进行混 合时，控制器102采用空气源104来将一些空气注入反应室118,以便混合其中的成分。在 已经经过了合适的反应时间之后，使用泵112将处理过的样品注入测量单元122。一旦在测 量单元122内提供了混合后的样品，控制器102就采用照明源114来将光引导通过混合的 样品去往检测器116。根据已知技术，由检测器116检测到的照明提供对样品中的分析物 (二氧化硅）的指示。控制器102自动地计算吸光率，并将结果转换为二氧化硅浓度读数。 一旦完成了测量，用新鲜的样品进行反复冲洗分别从测量单元122和反应室118移除处理 过的样品。
[0013] 基于钼蓝方法，如上文阐述的，由通过湿化学过程形成的硅钼酸的颜色来测量水 中二氧化硅含量。在810nm处，材料的吸收率是大约0. 00035/十亿分率。色度分析仪的一 个难点是提供具有有效分辨率的显著测量范围。例如，在二氧化硅分析仪中，期望提供二氧 化硅含量低至0. 5十亿分率的高灵敏度，同时还能够提供高达5百万分率（ppm)的二氧化 硅浓度测量。如果用具有100毫安的输出的光电二极管来测量入射光，则在5ppm处透射光 将仅为〇. 05纳安，0. 05纳安太小以致于无法测量。尽管可以通过提供具有不同长度的附加 路径来改变分析仪的设计（其中在混合样品中光通过该附加的路径），但是不希望在二氧 化硅分析仪中提供多个测量单元。
[0014] 根据本发明的实施例，提供了使用具有至少两个不同的光波长的光源的色度分析 仪。通过提供这样的多个光源，可以使用单一长度的光度单元。每个波长的光通常是单色 的，以使具有单个波长或极窄频带的波长的光用于不同的检测范围。
[0015] 图2是硅钼酸的吸收光谱的图表的示意图。在竖直轴上提供了吸收率，而波长被 提供作为水平波长（单位为纳米）。可以看出，硅钼酸具有两个吸收峰值，一个在810nm处 而另一个在670nm处。此外，670nm处的吸收率大约是810nm处的吸收率的三分之二。根 据比尔-朗伯定律，对于高浓度测量，吸收率的降低相当于光度单元长度的减小。在吸收率 从810nm处的0? 00035降低至670nm处的0? 00022的情况下，在相同长度（例如3. 6cm)和 100毫安的1〇的情况下，5,OOOppm处的电流（I)将大约为10纳安，其是可以容易测量的值。
[0016] 图3是根据本发明的实施例的在线二氧化硅分析仪的示意图。分析仪200与分析 仪100具有许多相似性，并且对相似的组件进行类似地编号。分析仪200与分析仪100之 间的主要差异在于分析仪200包括第二照明源202,第二照明源202还被配置为在测量单 元122内引入照明。源202提供与源114的波长不同的波长的照明。在所示的实施例中， 源114提供实质上810nm的照明，而源202提供大致670nm的照明。因此，如果检测器116 对来自一个源的照明的响应超出了测量极限（太低或太高），则可以分离第一源114并采用 第二源202以在不同的检测水平处进行检测。例如，源114提供810nm的照明。如果控制 器102测量到检测器116的响应实质上是零电流，则控制器102可以分离源114并且采用 可以提供通过测量单元122的670nm的照明的源202。因此，可以相对于分析仪100扩展分 析仪200的检测极限，而不需要多个测量单元或单元长度。尽管图3中示出的实施例示出 了一对源114、202,但是可以明确设想的是，可以提供附加的源。因此，尽管提供了接收通过 测量单元122内的混合样品的照明的单个检测器116,但是本发明的实施例还可以包括放 置在源114和202附近的第二检测器，以便在这种照明实质上通过任意混合物之前直接测 量照明的强度。用这种方式，本发明的实施例还可以增加向源114、202中的一个或两个提 供的能量，并直接将入射照明与通过混合物的照明量进行比较。
[0017] 图4是根据本发明的实施例测量水样品中的二氧化硅含量的色度方法的流程图。 方法300在框302处开始，在框302,用户或技术人员使用二氧化硅分析仪的用户界面选择 水样品中的二氧化硅的检测范围。合适的范围的示例包括