超低量程荧光计校准制造技术

荧光计可用于测量超低浓度的发荧光物质，诸如穿过反渗透膜进入渗透物流的超低浓度的荧光示踪剂。在一些实例中，可以通过基于荧光计测得的荧光反应，重置一些而非所有用于测定所述渗透物中的荧光示踪剂的浓度的校准参数来重新校准所述荧光计。例如，可以为所述荧光计原位重置或重新校准校准曲线的截距，即使所述荧光计尚未进行完全重新校准，也可能提供显著的精度提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超低量程荧光计校准相关事项本申请要求于2018年3月2日提交的美国临时专利申请号62/637,550的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
本公开涉及荧光计的校准，更具体地，涉及用于监测膜分离过程中的低荧光团浓度的荧光计的校准。
技术介绍
膜分离是一种通过连续膜结构的分子排列中的孔隙和/或微小间隙选择性分离材料的技术。膜分离可以按孔径和分离驱动力来分类。示例性膜分离技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、离子交换(IE)和反渗透(RO)。例如，反渗透广泛用于水净化过程中，以从水中去除离子、细菌和其他分子以及较大的颗粒。在反渗透过程中，施加的压力用于克服跨膜渗透压，从而使基本上纯的溶剂(例如水)穿过膜，同时残留的溶质保留在该膜的加压侧。实际上，使用膜分离方法达到的净化程度至少部分地由该方法中使用的膜的质量和完整性决定。如果膜结构发生化学和/或机械故障，则杂质可穿过膜裂缝并进入所产生的“净化”产物流中。在水净化的情况下，可在纳米级范围内的有害杂质和病原体(例如，水性肠病毒、隐孢子虫(Cryptosporidium)、贾地鞭毛虫(Giardiacysts)、纳米颗粒、有机化合物等)可以穿过膜裂缝进入干净的水流中，可能造成健康风险。出于这些和其他原因，已经使用技术来监测膜分离过程的性能。作为一个实例，荧光监测方法可以用于通过将荧光示踪剂引入进料流中，然后在分离膜下游的一种或多种流中检测荧光示踪剂来监测膜分离过程的性能。荧光示踪剂穿过膜的程度可以提供膜完整性的指示。当尝试用荧光测定法监测膜分离过程的性能时，出现了实际挑战。由于正常作用的膜可将大部分荧光示踪剂与净化的产物流(也称为渗透物)分开，因此荧光计可能需要检测极小浓度的示踪剂。在这些极小浓度下，荧光计的校准或测量精度的细小变化可能会导致测得的示踪剂浓度产生较大的误差。而且，由于许多膜分离过程是连续操作的，例如满足关键的水需求，因此可能很少或没有机会重新校准荧光计。
技术实现思路
一般地，本公开涉及用于校准荧光计的系统和技术，包括用于监测和/或控制利用此类荧光计的膜分离过程的系统和技术。在一些实例中，所述技术包括基于对引入到正使用膜分离方法分离的进料流中的荧光示踪剂的控制，对荧光计进行原位重新校准。在启动膜分离过程之前或同时，用于监测所述过程的荧光计可进行完全的多点校准。完全的校准过程可涉及除了一种或多种具有已知浓度的荧光示踪剂的其他参考溶液外，还对空白或零荧光溶液的参考溶液进行荧光分析。然后将荧光计测得的荧光反应与荧光示踪剂浓度相关联的具有斜率和截距的单阶或高阶校准曲线可以存储在与荧光计关联的计算机可读存储器中。在随后的操作中，可以在将膜用于膜分离过程中之前，将荧光示踪剂引入进料流中。荧光计可以监测进料流和/或膜下游的一种或多种流，例如渗透物流。参考在完全校准期间生成的校准信息，可以用荧光计基于所述流的荧光反应来监测所监测流中的荧光示踪剂的浓度。然而，随着时间的推移，荧光计可能丧失校准。荧光计可能由于多种原因而丧失校准，诸如积垢、电路电阻变化、光源强度变化和/或其他因素。因此，荧光计所产生的测量精度可能随时间推移而下降。根据本公开的一些实例，在荧光计上进行零点重新校准而无需进行完全的多点重新校准。当进行零点重新校准时，可以重置为荧光计存储的校准曲线的截距，例如，无需更改定义校准曲线的其他参数。已经发现，在一些应用中，重新校准荧光计的重新校准曲线的截距，特别是当检测到非常低浓度的荧光示踪剂时，即使不进行完全的重新校准，也可以提供非常有益的精度提高。如下面更详细描述的，可以在不将荧光计从其工作环境移开的情况下进行此类部分重新校准，即使完全重新校准可能不可行，也可以提高荧光计的精度。不希望受任何特定理论的束缚，据信在某些应用中，零点漂移是比其他校准误差更为重要的导致测量误差的因素。例如，对于用于测量超低浓度的荧光示踪剂(诸如在膜分离渗透物流中)的荧光计，已经发现零点校准中的小偏移会导致测得的示踪剂浓度存在较大的误差。例如，校准曲线零点的偏移可能导致等于0.01μg/L或更大的测量误差。如果测量较高浓度的荧光示踪剂，诸如1-1,000μg/L，则测量误差为1％或更低。然而，在测量超低浓度的荧光示踪剂时，诸如0.1μg/L或更低，相同的测量误差会导致10％或更高的测量误差。在一些实例中，可以通过控制引入正在进行膜分离的进料流中的荧光示踪剂来进行荧光计零点重新校准过程。通常，荧光示踪剂将以基本上恒定的速率和/或以有效达到基本上恒定的浓度的量引入进料流中。在零点重新校准期间，可以调整荧光示踪剂的浓度以提供荧光信号变化，该变化可以用于重新校准荧光计的校准曲线的截距。在不同的实例中，停止将荧光示踪剂引入进料流，或者相对于基线引入速率增加或减少。由荧光计测得的荧光信号可用于调整校准曲线的截距，从而允许将一个或多个调整后的校准曲线参数存储在与荧光计相关联的存储器中以供受试者使用。在一个实例中，描述了一种校准用于监测反渗透膜分离过程的荧光计的方法。该方法包括将荧光示踪剂引入进料流中以在进料流中提供第一浓度的荧光示踪剂，并且使反渗透膜与进料流接触，从而产生渗透物流和浓缩物流。该方法还包括用荧光计对从具有第一浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所存储的包括截距的校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第一测量浓度。该方法还包括调整引入所述进料流中的所述荧光示踪剂的浓度，以在所述进料流中提供不同于所述第一浓度的第二浓度的荧光示踪剂。此外，示例性方法包括用荧光计对从具有第二浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所述校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第二测量浓度。另外，该方法包括基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较，确定所述校准曲线的截距偏移，并且基于该截距偏移来确定校准曲线的调整后的截距。在另一个实例中，描述了一种系统，其包括：荧光示踪剂泵，其配置为将荧光示踪剂引入进料流中；膜，其构造为将进料流分离为渗透物流和浓缩物流；荧光计，其配置为对渗透物流进行荧光分析，以及与荧光示踪剂泵和荧光计通信耦合的控制器。该实例指定控制器配置为控制所述荧光示踪剂泵以将所述荧光示踪剂引入进料流中以在所述进料流中提供第一浓度的荧光示踪剂。另外，控制器配置为控制所述荧光计以对从具有所述第一浓度的荧光示踪剂的进料流产生的所述渗透物流进行荧光分析，并由此基于所存储的包括截距的校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第一测量浓度。另外，该实例指定控制器配置为控制所述荧光示踪剂泵以调整引入所述进料流中的所述荧光示踪剂的浓度，以在所述进料流中提供不同于所述第一浓度的第二浓度的荧光示踪剂。另外，控制器配置为控制所述荧光计以对从具有第二浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所述校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第二测量浓度。该示例还规定控制器配置为基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较，确定所述校准曲线的截距偏移，并且基于该截距偏移来确定校准曲线的调整后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种校准用于监测反渗透膜分离过程的荧光计的方法，其包括：/n将荧光示踪剂引入进料流中以在所述进料流中提供第一浓度的荧光示踪剂；/n使膜与所述进料流接触，从而产生渗透物流和浓缩物流；/n用荧光计对从具有第一浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所存储的包括截距的校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第一测量浓度；/n调整所述进料流中所述荧光示踪剂的浓度，以在所述进料流中提供不同于所述第一浓度的第二浓度的荧光示踪剂；/n用荧光计对从具有第二浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所述校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第二测量浓度；/n基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较，确定所述校准曲线的截距偏移；并且/n根据所述截距偏移确定所述校准曲线调整后的截距。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180302 US 62/637,5501.一种校准用于监测反渗透膜分离过程的荧光计的方法，其包括：
将荧光示踪剂引入进料流中以在所述进料流中提供第一浓度的荧光示踪剂；
使膜与所述进料流接触，从而产生渗透物流和浓缩物流；
用荧光计对从具有第一浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所存储的包括截距的校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第一测量浓度；
调整所述进料流中所述荧光示踪剂的浓度，以在所述进料流中提供不同于所述第一浓度的第二浓度的荧光示踪剂；
用荧光计对从具有第二浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所述校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第二测量浓度；
基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较，确定所述校准曲线的截距偏移；并且
根据所述截距偏移确定所述校准曲线调整后的截距。


2.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述荧光示踪剂的浓度包括调整所述荧光示踪剂的浓度，直到所述荧光示踪剂的第二浓度范围为所述荧光示踪剂的第一浓度的0.1倍至0.9倍或为所述荧光示踪剂的第一浓度的1.1倍至10倍。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较确定所述校准曲线的截距偏移包括根据以下方程式确定所述截距偏移：



其中γ是截距偏移，a是所述荧光示踪剂的第一测量浓度，b是所述荧光示踪剂的第二测量浓度，并且x是所述荧光示踪剂的第二浓度除以所述荧光示踪剂的第一浓度。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中确定所述校准曲线的调整后的截距包括向所述校准曲线的截距增加所确定的截距偏移量。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其还包括将所述调整后的截距存储在与所述荧光计相关联的非暂时性存储器中。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述校准曲线是形式为y＝m*x+b的一阶方程式，其中y是所述荧光示踪剂的测量浓度，m是由所述荧光计测得的荧光信号，x是斜率，并且b是截距。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述荧光计是在线荧光计，其基本上连续地对从所述进料流产生的所述渗透物流进行荧光分析。


8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：在在线安装所述荧光计之前，用荧光计进行多点校准，所述多点校准包括：对无所述荧光示踪剂的第一流体和具有已知浓度的所述荧光示踪剂的第二流体进行荧光分析，并由此确定所述校准曲线的斜率和截距，
其中确定所述校准曲线的调整后的截距包括确定所述调整后的截距而无需确定调整后的斜率。


9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述进料流包括水性废水流或水性循环流。


10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述膜是反渗透膜。


11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中对从具有所述第二浓度的荧光示踪剂的所述进料流产生的所述渗透物流进行荧光分析包括：在调整引入到所述进料流中的所述荧光示踪剂的浓度之后一段时间对所述渗透物流进行荧光分析，所述一段时间有效地实现所述进料流和所述渗透物流中所述荧光示踪剂的平衡浓度。


12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述进料流中所述荧光示踪剂的第一浓度范围为十亿分之10(ppb)至100,000ppb，并且所述渗透物中的荧光示踪剂的第一浓度小于10ppb。


13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中除了所述截距以外，所述校准曲线还包括一个或多个斜率常数，并且确定所述校准曲线的调整后的截距包括确定所述调整后的截距而无需确定调整后的斜率常数。


14.一种系统，其包括：
荧光示踪剂泵，其配置为将荧光示踪剂引入进料流中；
膜，其构造成将所述进料流分离成渗透物流和浓缩物流；
荧光计，其配置为对所述渗透物流进行荧光分析；和
控制器，其与所述荧光示踪剂泵和所述荧光计通信耦合，其中所述控制器配置为：
控制所述荧光示踪剂泵以将所述荧光示踪剂引入进料流中以在所述进料流中提供第一浓度的荧光示踪剂；
控制所述荧光计以对从具有所述第一浓度的荧光示踪剂的进料流产生的所述渗透物流进行荧光分析，并由此基于所存储的包括截距的校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第一测量浓度；
控制所述荧光示踪剂泵以调整引入所述进料流中的所述荧光示踪剂的浓度，以在所述进料流中提供不同于所述第一浓度的第二浓度的荧光示踪剂；
控制所述荧光计以对从具有第二浓度的荧光示踪剂的进料流产生的渗透物流进行荧光分析，并由此基于所述校准曲线，确定所述渗透物流中所述荧光示踪剂的第二测量浓度；
基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较，确定所述校准曲线的截距偏移；并且
根据所述截距偏移确定所述校准曲线调整后的截距。


15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器配置为控制所述荧光示踪剂泵以通过调整所述荧光示踪剂的浓度，直到所述荧光示踪剂的第二浓度范围为所述荧光示踪剂的第一浓度的0.1倍至0.9倍或为所述荧光示踪剂的第一浓度的1.1倍至10倍来调整所述荧光示踪剂的浓度。


16.根据权利要求14或15中任一项所述的系统，其中所述控制器配置为基于所述第一测量浓度与所述第二测量浓度的比较来确定所述校准曲线的截距偏移包括根据以下方程式确定所述截距偏移：



其中γ是截距偏移，a是所述荧光示踪剂的第一测量浓度，b是所述荧光示踪剂的第二测量浓度，并且x是所述荧光示踪剂的第二浓度除以所述荧光示踪剂的第一浓度。


17.根据权利要求14–16中任一项所述的系统，其中所述控制器配置为通过向所述校准曲线的截距增加所确定的截距偏移量来确定所述校准曲线的调整后的截距并且进一步将所述调整后的截距存储在非暂时性存储器中。
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍顺祜，
申请(专利权)人：埃科莱布美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US