测量水中成分及其浓度的变动光径测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种测量水中成分及其浓度的变动光径测量装置及方法。本发明专利技术的测量装置具有多个测量位置以产生多个光径长度与多种稀释倍数，通过多个光径长度可提升测量浓度的范围与测量准确性，并通过不同稀释倍数来降低与去除悬浮颗粒浓度或浊度对于测量范围与结果所造成的干扰，进一步测量出水中成分的特征波长。再利用光谱数据库的信息来判断水中可能存在的成分(定性分析)，并应用紫外光-可见光-近红外线(UV-VIS-NIR)吸收光谱频谱分析技术同步获得水中各个成分的浓度(定量分析)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量装置及测量方法，尤其涉及一种以紫外光-可见光-近红外线(UV-VIS-NIR)吸收光谱测量水质的装置及测量方法，该测量装置具有多个测量位置以产生多个光径，该测量方法可经由多次稀释来降低与去除悬浮颗粒浓度或浊度对于测量范围与结果所造成的干扰。
技术介绍
一般水体的化学需氧量的测量方法是以重铬酸钾(Potassium bichromate)法与电化学测量法较为普遍。重铬酸钾法必须额外添加化学药剂，而电化学测量法必须使用接触式电极，这些皆会影响反应时间与系统的稳定性，造成操作维护不易与测量质量不佳等问题。此外，测量水体的悬浮固体浓度的市售仪器是采用光学测量，并以单一波长的吸光度进行分析。然而，单一波长的吸光度的分析无法适用于各种不同粒径的悬浮固体的测量。重金属主要来自于传统产业、电镀业及印刷电路板(PCB)业，较常见的重金属种类分别为铜、镍、铁、锌、铬及镉等。重金属污染较其它有机物污染更具危害性是因为重金属或者其金属化合物不易受到自然界中物理、化学或者生物作用使其浓度降低或者分解。在废水处理系统方面，废水中重金属浓度过高会毒化微生物造成处理系统无法发挥正常功能。因此，如何有效掌握水中重金属浓度来进一步提升处理成效、降低重金属污染物进入承受水体的总量，以维护承受水体的生态是为一个重要课题。重金属测量研究主要可分为添加显色药剂、分析设备的改良与开发及生物芯片三种研究技术。在添加显色药剂方面，只能测量一种金属类别且其药品费用昂贵并有废液的产生与处理问题；在分析设备的改良与开发方面，其设备的建置费用高昂且分析水量大，并需事先以人工方式判断其浓度范围以便建立各重金属检量线，所需时间较长且人工测量误差较大；在生物芯片方面，目前仅对铜离子的测量较为准确，但无法同时获得多项重金属浓度的信息，且容易受到颗粒的干扰。美国专利号5，244，634揭露利用具有特定官能基团的螯合树脂使水样通过开放式管柱螯合管柱层析，来侦测水样中的过渡元素或稀有元素。美国专利公开号2009/0263907A1揭露利用试剂比色法测量环境中水样(如废水、废液)中的重金属浓度。然而，此二项专利分别利用添加显色剂及螯合剂与重金属离子结合使水溶液产生颜色，再依据颜色深浅来做为浓度高低的判断，对环境造成二次污染。目前废水处理方面，对于重金属的测量大多只能利用快速测量重金属的检知管或者利用原子吸收(Atomic Absorption,AA)光谱仪来进行测量,无法获得实时、准确、有效的监测信息，而满足控制的需求。因此，欲开发出一种重金属测量设备与方法，通过多次稀释与扫描可消除悬浮颗粒(Suspended Solid, SS)与化学需氧量(Chemical oxygen Demand,COD)浓度所产生的光谱干扰，来同步获得铜、镍、铁、锌及铬等重金属浓度。过去在光学应用于水中成分的测量，如C0D、氨氮、重金属及SS方面，大都只能测量单一项目，其测量范围与准确性大多受限于水中浊度或SS，且其测量方法大多为单一波长或选择多个推估结果较好的波长，来进行水中成分的测量。在水中成分较多时，由于各成分间会互相干扰与竞争及遮蔽，此类的测量技术并无法获得较好的测量结果。本专利技术申请人鉴于现有技术中的不足，经过悉心试验与研究，并本着锲而不舍的精神，终于构思出本专利技术，能够克服现有技术的不足，以下为本专利技术的简要说明。
技术实现思路
为了构思出消除SS与COD浓度所产生的光谱干扰，并且期望能同步测量多种水中成分的浓度，本专利技术根据Beer-Lambert原理，以不添加额外药剂并以光学频谱分析技术为基础，建立应用光谱扫描同时获得水中各种重金属浓度的测量方法与设备，通过此测量技术与批次测量设备做为重金属实时监测系统。因此，本专利技术提供一种测量装置，包括槽体，所述槽体包括可透光且相对应配置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面及所述第二侧面在空间上延伸交会成夹角，且所述槽体容纳水体；支撑部，具有与所述槽体连接的至少一个支撑架；载具，包括与所述支撑部链结的至少一个移动装置，以便固定并上下移动所述支撑部；第一光源，配置于所述槽体外且朝向所述第一侧面发射第一光线；以及第一测量元件，配置于所述槽体外且朝向所述第二侧面，以便接收来自所述第一光源且依序穿过所述第一侧面、所述水体及所述第二侧面的所述第一光线，以测量所述水体。较佳地，所述测量装置中所述槽体还包括第三侧面，所述第三侧面具有透光性且分别与所述第一侧面及所述第二侧面相连接，所述测量装置还包括配置于所述槽体外且朝向所述第三侧面的第二测量元件，所述第二测量元件测量所述水体中的所述第一光线，以测量所述水体。较佳地，所述测量装置中所述槽体还包括第四侧面，所述第四侧面具有透光性且与所述第三侧面平行配置，所述测量装置还包括配置于所述槽体外且朝向所述第四侧面的第二光源，当所述第一光线未射出时，第三测量元件设置于所述第三侧面外，以接收来自所述第二光源且依序穿过所述第四侧面、所述水体及所述第三侧面的第二光线，以测量所述水体的水位高度、悬浮粒子浓度和悬浮粒子沉淀速度中的至少一种。较佳地，所述测量装置中所述槽体还包括相互平行配置的第五侧面及第六侧面，所述第五侧面与所述第一侧面相连接，所述第六侧面与所述第二侧面相连接，所述夹角位于所述第五侧面与所述第六侧面之间的空间，且当所述槽体移动至使所述第一光源朝向所述第五侧面时，所述第一测量元件接收来自所述第一光源且依序穿过所述第五侧面、所述水体及所述第六侧面的所述第一光线，以测量所述水体。所述测量装置中的移动装置可为链条齿轮组或者其它能使支撑部与载具作相对位置运动的装置。本专利技术另提出一种测量装置，包括:底座；以及槽体，其设置于所述底座上，用以盛装待测流体样本，并包括沿着长度方向变动截面积的区段。较佳地，所述测量装置中所述区段的截面积是沿着长度方向线性地变动，以产生多个测量位置。较佳地，所述测量装置中所述槽体是亚克力或石英的透光材质且呈倒三角体，使所述测量装置具有多个光径长度，且所述倒三角体的底部连接长方体区域，所述长方体区域具有透光性且具有最小光径。较佳地，所述测量装置中所述底座是支架，与所述槽体具有连结处，使所述槽体可从所述连结处向上延伸。较佳地，所述测量装置还包括空气槽，设置于所述槽体上方；不反光的黑色槽体，设置于在所述空气槽上方，所述空气槽与所述不反光的黑色槽体用以进行光源强度与光感应器的校正；以及超音波震荡片，设置于所述倒三角体的外壁，可透过不同频率来清洗所述槽体以及与混合所述待测流体样本。较佳地，所述测量装置还包括载具，所述载具包括与所述支架链结的至少一个移动装置，以便固定所述测量装置并上下移动。本专利技术另提出一种测量装置，包括:底座；以及槽体，其设置于所述底座上，用以盛装待测流体样本，并建构至少两条光径以供测量经所述至少两条光径的所述待测流体样本的性质，所述性质是吸光值。本专利技术另提出一种待测流体样本的测量方法，包括下列步骤:(a)稀释所述待测流体样本；(b)以光纤光源扫描所述待测流体样本；(c)以紫外光-可见光-近红外线光谱设备测量所述待测流体样本的光谱强度变化以获得吸光值；(d)判断所述吸光值是否落于误差容限内，若为否，则将所述待测流体样本稀释至更高的稀释倍数；以及(e)重复步骤(C)及(d)，直到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量装置，包括：槽体，所述槽体包括可透光且相对应配置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面及所述第二侧面在空间上延伸交会成夹角，且所述槽体容纳水体；支撑部，具有与所述槽体连接的至少一个支撑架；载具，包括与所述支撑部链结的至少一个移动装置，以便固定并上下移动所述支撑部；第一光源，配置于所述槽体外且朝向所述第一侧面发射第一光线；以及第一测量元件，配置于所述槽体外且朝向所述第二侧面，以便接收来自所述第一光源且依序穿过所述第一侧面、所述水体及所述第二侧面的所述第一光线，以测量所述水体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖述良，陈建谷，王欣怡，林泱瑜，朱振华，詹志中，
申请(专利权)人：中央大学，财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：