一种高精度原位检测海水pH的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高精度原位检测海水pH的测量装置及测量方法，所述测量装置包括水路组件、光路组件、电路控制系统和计算机处理系统，本发明专利技术仅利用蠕动泵、脉冲泵、三通和流通池完成海水和指示剂的进样和混合，同时光路系统利用LED灯和光电二极管代替热辐射光源和商品化检测器，降低了成本和功耗，可以方便的应用于现场监测类传感器。本发明专利技术所述的海水pH测量装置以光度法和流动注射分析为基础，能够作为剖面或定点分析仪对海水pH进行检测。本测量装置通过检测海水和指示剂混合溶液的吸光度来计算海水pH值，精密度高、准确性好，免去了电极检测法的基线校正，适合现场监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境化学监测
，具体涉及一种高精度原位检测海水pH的测 量装置及测量方法。
技术介绍
pH可以反映水体的酸碱状态，是定量描述海洋化学特征的最重要参数之一。实时 追踪海洋现场pH的变化可以评估未来海洋酸化加强后对生态系统的影响，还可以反映大 气C0 2浓度的变化，进而深入对全球碳循环的理解。因此获取高精度的pH值结果，是了解海 洋酸化和碳循环的前提条件。然而海洋酸化是一个缓慢的过程，平均每年海水pH值下降为 0. 002,同时利用pH值准确定量描述碳酸盐体系，pH值测量精度需要达到0. 001，因此对pH 测定精度提出了更高要求。然而目前测量海水pH值普遍应用的方法是电极检测法，测量精 度较低，最低只能达到〇. 005,另外电极检测法存在电位漂移问题，无法实现海水pH的现场 快速检测。 光度法测量海水的精度可达0. 0004,已经逐步成为测量海水pH的标准方法，以光 度法为基础的高精度原位海水pH传感器测量精度达到0. 001、能耗低、体积小、性能稳定、 自动化程度高，成为海洋领域的研究热点之一。其核心技术为将海水和指示剂按照一定比 例混合，根据测得的吸光度计算海水pH值。目前大多数传感器处在实验室研发阶段，普遍 存在成本功耗较高、测量所需时间较长、结构复杂、体积大、集成度低等缺陷，只有少数实现 了商品化，没有得到真正意义的推广。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种高精度原位检测海水pH的测量装置及 测量方法，本专利技术以光度法和流动注射分析为基础，能够实现原位和剖面高精度检测海水 的pH值，可以解决现有技术存在的不足，缩短测量时间，简化分析程序，降低功耗和成本， 提高集成度，可广泛应用于传感器。 为了达到解决上述技术问题的目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现： 一种高精度原位检测海水pH的测量装置，它包括水路组件、光路组件、电路控制 系统和计算机处理系统； 所述水路组件包括指示剂袋、指示剂泵、海水泵、三通、流体管路、混合器、流通池 和排废管路；所述三通有两个进口和一个出口，所述两个进口分别与指示剂泵和海水泵连 接，所述出口依次与流体管路、混合器、流通池连接，所述流通池还连接有排废管路； 所述光路组件包括LED光源、针对LED光源波长的滤光片、光纤、光纤分束器和光 电二极管； 所述LED光源、指示剂泵、海水泵和光电二极管分别与电路控制系统连接； 所述电路控制系统与所述计算机处理系统连接。 对上述技术方案的进一步改进，所述指示剂泵为微量泵，海水泵为蠕动泵。 对上述技术方案的进一步改进，所述流通池为Z型流通池，材料为POM或者PEEK， 流通池设有流体入口、流体出口以及光入射口和光出射口。 对上述技术方案的进一步改进，所述LED光源为三个特定波长LED灯，所述三个特 定波长分别为指示剂在酸态和碱态最大吸收峰处波长以及指示剂不吸收处波长。 对上述技术方案的进一步改进，所述光纤为直径为400-1000 μ m的多膜光纤。 本专利技术还提供了利用所述的测量装置进行剖面和定点海水pH值检测的检测方 法，所述方法包括下述步骤： (1)进行吸光度比值R的校正 当剖面检测时，选取一系列不同pH的海水样品，首先利用海水泵将海水样品以一 定流速泵入流体管路中，检测流通池内空白光强后，启动指示剂泵将指示剂按一定流速泵 入至流体管路中，指示剂泵和海水泵持续工作使两种液体混合，液体流速之比为混合体积 之比，检测流通池内混合溶液的光强，计算吸光度以及吸光度比值R;然后指示剂泵改为之 前所述流速的两倍，再次检测该海水样品与指示剂混合溶液的吸光度以及吸光度比值R' ； R'和R两者之差为AR，重复测量系列中其他海水样品，测得一系列的R值与AR值后，通 过线性拟合得到R值的校正值艮。的校正公式AR = a+bR，校正后的吸光度比值艮。 = R-(a+bR)； 当定点检测时，选取一系列不同pH的海水样品，海水泵将海水样品以一定流速泵 入流体管路中，检测流通池内空白光强后，指示剂泵将一定体积的指示剂泵入流体管路中 后关闭，海水泵持续工作使两种液体混合，检测混合溶液光强，计算吸光度以及吸光度比值 R;然后指示剂泵将两倍之前所述的体积的指示剂泵入流体管路中，再次计算该海水样品与 指示剂溶液的吸光度以及吸光度比值R'，R'和R两者之差为AR，重复测量系列中其他海 水样品，测得一系列的R值与Λ R值后，通过线性拟合得到R值的校正值R。。的校正公式 AR = a+bR，校正后的吸光度比值Rem = R_(a+bR); (2)海水pH值检测 当剖面检测时，打开海水泵，将海水样品以一定的流速持续泵入相应的流体管路 中，检测流通池内空白光强；检测完毕后打开指示剂泵，将指示剂以一定流速持续泵入相应 的流体管路中，海水和指示剂经混合器混合后，进入Z型流通池，检测流通池内混合溶液光 强；然后测量装置以一定的速率向剖面深层移动，海水样品泵和指示剂泵持续工作，不断将 深层海水样品与指示剂混合，两个光电二极管持续检测混合溶液光强，读取光电检测系统 信号，测量过程中海水泵和指示剂泵的流速比值应与实验室校正实验时一致； 当定点检测海水时，海水泵将海水样品以一定流速泵入流体管路中，检测空白光 强；指示剂泵将一定体积的指示剂泵入流体管路中后关闭，检测混合溶液光强；测量过程 中海水泵的流速和泵入的指示剂体积应与实验室校正实验时一致； (3)计算机处理系统根据测得的光强数据，计算剖面或定点检测时的吸光度以及 吸光度比值R，然后代入步骤（1)中的校正公式给出校正后的吸光度比值，最后结合测 得的温度、盐度和压强数据，计算得出pH ; 吸光度A的计算方法为：A = -log(r /10'），Γ = I/Ι参比，10' = I0/I0参比，其中 1〇为空白海水光强，I_t为测定空白海水时参比光路光强，I为指示剂和海水的混合溶液光 强，I #tt为测定指示剂和海水的混合溶液时参比光路光强； pH计算公式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于它包括水路组件、光路组件、电路控制系统和计算机处理系统；所述水路组件包括指示剂袋、指示剂泵、海水泵、三通、流体管路、混合器、流通池和排废管路；所述三通有两个进口和一个出口，所述两个进口分别与指示剂泵和海水泵连接，所述出口依次与流体管路、混合器、流通池连接，所述流通池还连接有排废管路；所述光路组件包括LED光源、针对LED光源波长的滤光片、光纤、光纤分束器和光电二极管；所述LED光源、指示剂泵、海水泵和光电二极管分别与电路控制系统连接；所述电路控制系统与所述计算机处理系统连接。

【技术特征摘要】
1. 一种高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于它包括水路组件、光路组件、 电路控制系统和计算机处理系统； 所述水路组件包括指示剂袋、指示剂泵、海水泵、三通、流体管路、混合器、流通池和排 废管路；所述三通有两个进口和一个出口，所述两个进口分别与指示剂泵和海水泵连接，所 述出口依次与流体管路、混合器、流通池连接，所述流通池还连接有排废管路； 所述光路组件包括LED光源、针对LED光源波长的滤光片、光纤、光纤分束器和光电二 极管； 所述LED光源、指示剂泵、海水泵和光电二极管分别与电路控制系统连接； 所述电路控制系统与所述计算机处理系统连接。2. 根据权利要求1所述的高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于，所述指示 剂泵为微量泵，海水泵为蠕动泵。3. 根据权利要求1所述的高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于，所述流通 池为Z型流通池，材料为POM或者PEEK，流通池设有流体入口、流体出口以及光入射口和光 出射口。4. 根据权利要求1所述的高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于，所述LED 光源为三个特定波长LED灯，所述三个特定波长分别为指示剂在酸态和碱态最大吸收峰处 波长以及指示剂不吸收处波长。5. 根据权利要求1所述的高精度原位检测海水pH的测量装置，其特征在于，所述光纤 为直径为400-1000 μ m的多膜光纤。6. 利用权利要求1所述的测量装置进行剖面和定点海水pH值检测的检测方法，其特征 在于所述方法包括下述步骤： (1) 进行吸光度比值R的校正 当剖面检测时，选取一系列不同pH的海水样品，首先利用海水泵将海水样品以一定流 速泵入流体管路中，检测流通池内空白光强后，启动指示剂泵将指示剂按一定流速泵入至 流体管路中，指示剂泵和海水泵持续工作使两种液体混合，液体流速之比为混合体积之比， 检测流通池内混合溶液的光强，计算吸光度以及吸光度比值R;然后指示剂泵改为之前所 述流速的两倍，再次检测该海水样品与指示剂混合溶液的吸光度以及吸光度比值R';R'和R 两者之差为AR，重复测量系列中其他海水样品，测得一系列的R值与AR值后，通过线性拟 合得到R值的校正值艮。的校正公式AR = a+bR，校正后的吸光度比值= R_(a+bR); 当定点检测时，选取一系列不同pH的海水样品，海水泵将海水样品以一定流速泵入流 体管路中，检测流通池内空白光强后，指示剂泵将一定体积的指示剂泵入流体管路中后关 闭，海水泵持续工作使两种液体混合，检测混合溶液光强，计算吸光度以及吸光度比值R; 然后指示剂泵将两倍之前所述的体积的指示剂泵入流体管路中，再次计算该海水样品与指 示剂溶液的吸光度以及吸光度比值R'，R'和R两者之差为AR，重复测量系列中其他海水 样品，测得一系列的R值与AR值后，通过线性拟合得到R值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹璐，马然，张述伟，褚东志，程岩，郭翠莲，石小梅，王茜，张颖，吴宁，吴丙伟，曹煊，高杨，王昭玉，范萍萍，吕婧，张国华，张颖颖，刘岩，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37