过程流中阴离子电荷的光学测定的制作方法_2

文档序号:9932514阅读:来源:国知局
反应(吸附)染料吸收光的能力减小导致。由此,该流只通过加入过量染料(与流中阴离子基团的量比较)就可提供有持久颜色。
[0044]因此,使流的整个染料处理部分为阳离子性的染料的足够量一般>leq(与流中阴离子基团的估算量比较)。由于流的颜色,可目视检测该过量染料。
[0045]所述染料足够量优选基于相同或类似流的较早电荷检测来估算,该量最适合为
60-120pmol/lo
[0046]为了保证流的所有阴离子基团均已反应,使染料在流中反应。所需的时间可以很短,例如I秒或数秒(例如,3至10秒),但优选使用至少I分钟时间,更优选3至10分钟。随后检测光吸收。
[0047]在染料加入和吸附后进行的本发明的光吸收检测提供光吸收光谱结果,其中基线表示要分析的流的浊度,且其中吸收峰高度对应于未反应(即,未吸附)阳离子染料或已反应(即,已吸附)染料的量。一般光谱在两个或更多个波长得到,优选在数个相等分布的波长,例如1至20个波长,例如间隔I至2nm。
[0048]由于加入过量染料和由于流中的阴离子基团结合到染料,强吸收表示在流中有大量游离染料。这还表明流中有少量阴离子基团。
[0049]光谱优选为UV-Vi s光谱(紫光-可见光谱)。具体地讲,在光谱中包括在450nm至700nm波长范围内的吸收结果,优选400至800nm,更优选对整个250nm至900nm范围。
[0050]因此,该方法基于以下事实:当阳离子染料加到包含阴离子基团的流或样品时,流或样品的光吸收光谱为游离光吸收染料的量、阴离子基团的量或流或样品浊度的函数。
[0051]随后,可用一个或多个数学处理步骤处理如此得到的光吸收光谱。根据一个实施方案,该处理基于校准结果。为了校准,收集校准样品,但这可在检测待处理吸收光谱之前良好进行。这些校准样品,应具有高的多变量变化,至少包括其浊度和阴离子电荷,可包含水、阳离子染料、溶解或胶态的物质或颗粒或任何这些的混合物。样品的浊度具体对应于其中未溶解颗粒的含量。
[0052]然后,从这些校准样品检测吸收光谱,并消除由样品浊度引起的背景吸收(或基线)的影响,优选通过将其与参比值比较,参比值可例如从水样品得到。然而,在数学处理包括求导时,不必得到参比值。该求导从结果去除背景影响,即,浊度。
[0053]其它数学处理步骤可选自例如平滑(例如,通过使用数据过滤器或平均)和求导,优选至少一个求导步骤,最适合通过计算所得吸收光谱的一阶导数。所述和所述其它数学处理步骤(和任选消除背景吸收的影响)形成所用的“校准模型”。
[0054]数学处理模型,例如,利用求导,将得到作为相对于样品中阴离子基团数的量度的结果。
[0055]根据本发明的一个供选实施方案,数学处理模型进而由从一系列校准样品得到的结果构成,其含量应涵盖未知样品阴离子基团量和浊度的预期变化。
[0056]校准模型优选预定,并且可例如通过聚合电解质滴定方法得到,例如,流动电位法,或者通过校准样品的电泳迀移率检测,这些方法得到这些校准样品的阴离子电荷。
[0057]校准结果也取决于所用染料,例如,亚甲绿得到250nm至900nm波长范围的足够明确的吸收光谱,但也可用450nm至800nm的更窄范围得到所需结果。
[0058]通过多变量校准,可用校准样品的检测吸收光谱计算阴离子基团量和这些样品的浊度二者。多变量校准方法可例如为偏最小二乘法(PLS)或更复杂的多变量校准方法。
[0059]偏最小二乘法(PLS)是一种统计方法,可用该方法使用两个不同变量使预测结果(例如,校准结果)和可观察结果(例如,从吸收光谱得到的待分析结果)表现为指示这些变量之间关系的线性图。多变量方法自然利用更多不同变量。
[0060]根据本发明的一个优选实施方案,在进行光吸收检测前,基于其中所含任何物质的颗粒尺寸或质量使流分级。然后对各所得级分分别检测光吸收光谱。以此方式,可分别测定不同级分的阴离子特牲,这些级分包含不同类型颗粒,一般具有不同电荷特征。
[0061]根据其质量或电荷或二者,流中颗粒分级或分离成颗粒群可用PCT/FI2013/050572中所述的方法进行,S卩,通过样品传导到分化通道,该通道设计使得液体流使样品中的潜在群分化,并进一步用液体流逐渐携带样品的颗粒。
[0062]或者,可通过过滤、离心或沉降或任何其它适合分级方法进行分级或分离。因此得到的颗粒群优选包括以下两种或更多种:胶体、纤维和附聚物,它们均可具有不同电荷。
[0063]优选线内进行所有这些方法步骤。由于可直接从流进行检测,而不用单独收集样品,因此,可以连续或半连续方式使用该方法,由此,连续方式反映直接从流动的流检测光吸收光谱,而半连续方式主要反映光谱检测的特征(即,经常重复检测,而不是基本上持续检测)。
[0064]除为了测定流的阴离子电荷处理光吸收光谱外,还可用相同结果测定相同含水流的浊度。具体地讲,浊度通过分析光吸收光谱的背景吸收来测定。
[0065]本发明也涉及用于光学检测容纳含水流的容器I中含水流阴离子电荷的装置。这种装置包括至少以下单元:
2与容器I连接的染料供应单元,
3用于检测流的光吸收或透射光谱的工具,和 4用于处理所得光吸收结果的工具,和
根据本发明的一个具体实施方案,装置也可任选包括用于得到校准模型的工具5。
[0066]所述装置适用于进行本发明的上述方法。
[0067]该装置的表现特征是,用于检测光吸收的工具3适于直接从容纳流的容器I中的流检测阴离子电荷,而无中间样品容纳单元存在,且不需要将任何样品输送到单独的实验室设施或甚至单独的设备实体。
[0068]用于处理的工具4可选自例如平滑、平均和求导的数学处理步骤。
[0069]用于得到校准模型的工具5又可选自例如用于流动电位滴定或用于电泳迀移率检测的工具。优选用于得到校准模型的工具5选自用于得到多变量校准模型的工具,更优选选自用于得到PLS模型或校准模型的工具。
[0070]除了这些单元外,装置还可包括用于根据其中所含任何物质的颗粒尺寸或质量使流分离成级分的流分级单元6。使用该流分级单元6,可分别对要分析的流的不同级分确定阴离子特牲,这些级分一般包含具有不同电荷特征的不同类型颗粒。
[0071]要根据本发明分析的流通常包含相对大的颗粒,例如纤维或颜料,并且可用本发明的方法和装置提供必要的信息,以能够例如估算可加到流的阳离子聚合物的量,以便例如选择性絮凝其中溶解和胶态的颗粒。
[0072]也可用本发明的方法和装置确定这些阳离子聚合物或其它化学物质是否如所预期那样表现,并监控化学物质不过量使用(过量使用可导致不需要的、通常昂贵的运行能力问题或聚集)。
[0073]因此,可用所述方法和装置监测和/或控制和/或优化化学性能和过程性能。
[0074]其中可发现此方法特别有用的技术领域包括造纸工业(包括纸浆、纸和板制造)、水净化技术、环境分析、生物燃料工业和甚至医药工业。
[0075]以下非限制实施例只用于说明用本发明的实施方案得到的优点。实施例
[0076]在以下实施例中使用所谓的分级系统。这是专利申请PCT/FI2013/050572中所述的分级器,它基于其中所含颗粒的颗粒尺寸使分散体、悬浮体和浆料分级。
[0077]实施例1网水的分级和浊度检测
从不同造纸过程收集四个不同的网水样品,并标为网水1、2、3和4。各样品(1mL)通过分级器系统分级,其中颗粒根据其质量分级(见图1),并记录浊度曲线(见图2)。较大颗粒迟于小颗粒离开分级器,因此显示在图2曲线图的右面。
[0078]在各50mL级分期间,通过取来自检测器(在此为从流动通过分级器的流直接检测浊度的线内检测器)的记录浊度的平均值计算各级分的浊度。
[0079]供选方法是用与分级器分开的置于网水流的检测器检测浊度。
[0080]实施例2含染料的网水的吸收分析
在此使用实施例1中得到的级分,不经进一步修改。
[0081]由于所需的洗脱,以上级分也在样品稀释中得到。因此,在从分级开始330s时开始从稀释分级流收集10个50mL级分。
[0082]为了分析,将3mL各样品放入石英比色皿,并加入40yL的10
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