一种校准分析系统的方法和分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种校准分析系统的方法，其中所述的分析系统有一薄膜，该膜的外侧与待分析介质接触，以便检测该介质中某种物质的浓度。本发明专利技术也涉及一种相应的分析系统。这种连接可望实现在线校准。在这种校准中，使含有上述物质的预先确定的第一浓度的第一流体（９）沿膜（２）的内侧传送，使具有不同于第一浓度的预先确定的第二浓度的至少一种第二流体（１２）也以相同方式流过膜内侧，记录流过膜内侧之后的上述两种流体（９，１２）的浓度，根据这些浓度，通过膜（２）外侧的浓度和测量信号得到相关的参数。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种校准分析系统的方法，其中所述的分析系统有薄膜，该膜的外侧与待分析介质接触，以便检测该介质中某种物质的浓度，本专利技术也涉及一种带有薄膜的分析系统，该膜的外侧与待分析介质接触，薄膜的内侧设有一条流动通道，该流道的输入侧与一个容器相通，以便将载液从流道输出侧输送到检测器中。在这类分析系统中，待检测物质例如离子或其它粒子(如低分子粒子)从处于或流过膜外侧的待分析流体中流入流过上述膜内侧的载液中。上述流体最好是液体。下面以液体为例进行说明。众所周知，对这类分析系统必须经常校准，至少在换用新膜时必须校准。通常这类膜的使用寿命是有一定限制的。虽然从原理上讲膜的结构是相同的，但膜与膜之间总有差别，借助于校准就可以消除这些差别的影响。例如，在美国专利US 5293770号中公开了一种校准装置，在该装置中将校准液装入一个容器中，为了有效地校准，将一个装有上述薄膜的传感器浸入该容器中。美国专利4587219号披露了一种不同的分析系统，在该系统中，待测液体是通过膜的外侧传送的。也可选择用校准液体代替待测液体。在实验室中进行这种校准很方便，因为可以在一个可控制的环境下完成相应的测量。但是，当将上述分析装置用于例如污水处理装置中和浮游在沉降槽或主排泄口中时就不容易获得满意的测量结果，并会引起一系列问题。当用上述分析装置检查流动的水体或湖泊或海洋中的水质时也存在相应的困难。在所有这些情况中，都必需对上述分析装置进行重新组装、校准，然后再重新定位。在很多情况中包含的工作量太大。在上述的应用中反复进行校准确实是一个重要的措施，因为这种场合要求高的精度。事实上，在膜的使用期间，由于例如藻类或其它生物的生长、或者由于如波浪等产生的机械压力、例如或者由于膜老化现象(温度变化可加速膜老化)可使膜的性能发生变化，因此更需要反复校准。本专利技术的任务是使上述校准工作可在现场进行，即进行在线校准。完成上述任务的方法如前面所提到的那样，将一种预先确定的含有第一浓度的某物质的第一流体沿薄膜内侧输送，至少使一种具有预先确定的不同于第一浓度的第二浓度的第二流体流过上述膜内侧，记录流过膜内侧的上述流体的浓度，根据这些参数，通过流过膜外侧的物质浓度和测量信号得到相关的参数。在上述精确测量过程中，使一种载液流过薄膜。根据载液流过薄膜时，在载液中该物质出现的浓度可推导出待分析液体内该物质的浓度。可用下面公式1n＝-ko*A/Qo(1)其中C为流过薄膜前载液中的浓度，C*为流过薄膜后载液中的浓度，Cd为待分析液体中的浓度(未知)，ko为传质系数，A为薄膜的有效面积，Qa为单位时间沿薄膜流过的体积。(参见“Synthetic MembranesScience，Engineering andApplications，Bungay，P.M.，Lonsdale，H.K.，de Pinho，M.N.，D.Reidelpublishing Company，Dordrecht/Boston/Lancaster/Tokyo，page 629)。换句话说，上式中有三个未知数待测定的未知浓度Cd和薄膜的两个变量，即传质系数ko和有效面积A。将上述后两个因素合成一个乘积，则可将它们看作一个未知数。沿膜传送的两种液体的初始浓度是已知的。可以测出流过膜之后的最后浓度。因此，还剩下带两个未知数(Cd和ko×A)的两个方程式，从这些方程式中可以得出校准时刻待分析液体中的未知浓度和膜的传递性能。为了后续测量，假设上述传递性能是稳定的。一般而言，只需假定在两个方向即从外侧到内侧和从内侧到外侧上述膜对待测物质的渗透性能是相同的。在这种情况下，上述第一和第二浓度是大于还是小于待分析液体中的浓度是无关紧要的。当然，在很多情况中，待分析液体中的浓度范围是变动的，这也是众所周知的。如果选择用作校准的液体的第一和第二浓度低于待分析液体浓度的最低估计值，这种限制不一定有利。因而，新方法不再需要象前面描述的情况那样从测量现场拆下装置，或者不再需要象其它方法那样将校准液体沿膜的外侧导入。反之，可以将分析装置留在测量现场。借助于使相应的液体沿膜内侧传递可有效地校准。在一个优选结构中，使沿薄膜输送的两种流体的速率相同和/或通过量相同，所以符号Qa在两个方程式中相同，这样就可简化上述方程组的求解。最好还使一种流体的浓度为零。用这种方式可将浓度值为零的流体代替方程式中初始浓度为C的流体，这还能简化方式组的求解过程。然后，借助于下述方程可给出待分析流体中物质的浓度Cd＝(C2*C1*)/(C2-C2*+C1)(2)式中下标1和2分别表示第一和第二流体。在第一流体中，流体的初始浓度为零。由于必须要进行的加、减、乘法运算相当少，而且在程序控制顺序中需要进行的计算也很少，所以方程式的简化亦简化了该方法的实现过程。最好将水用作浓度为零的流体。在很多情况中能方便地买到所需纯度的水。从化学观点出发，水是中性的，因此不需要采取附加的防护或安全措施。最好将上述流体中的一种用作测量中的载液。在任何情况下，这种载液都存在于上述分析装置中，因此，对校准而言，实际上并未附加费用，而且进一步简化了校准过程。在一种优选结构中，使上述流体在紧接着连续的时间间隔内流过薄膜，从而可使薄膜性能随着时间而改变的危险保持到一个低等级上。所以，可以毫无顾忌地假定方程式(1)右侧部分始终为常数。在另一优选结构中，准备出在第一步中需同时输送的几种流体，使它们彼此平行地经不同流道流过上述薄膜，在第二步中，同时输送上述流体，并使它们彼此平行地互换流道地流过上述薄膜。在这种结构中，即使在校准期间薄膜性能改变也能在满足需要的精度的条件下进行校准。虽然膜性能可发生改变的范围存在一个极限，但在校准期间薄膜的性能上的可接受的变化仍在增加。在上述流体流过薄膜之前，最好对沿流动方向安装在薄膜后面的检测器进行校准。对检测器进行校准本质上是公知的。通过预先校准检测器还可事先获得优良的效果，即仅用下面的方法步骤就可唯一地确定薄膜的参数。用这种方法明显地改善了校准结果。最好在预定的时间间隔和/或根据预定的外部条件反复进行校准，例如可以每小时进行一次校准，当然也可采取其它时间间隔。这些都需根据预计中薄膜性能的改变而定。另一方面，校准工作也与外部条件有关，例如与温度变化、海的波浪(即机械压力)或测量信号的突变有关。可以以比较高的可靠性估价连续测量值。在校准期间，最好对薄膜的温度进行测量。温度对薄膜的渗透性有一定的影响，校准时应考虑渗透性。对膜进行测温较简单，薄膜温度和与该膜接触的液体温度几乎一致。在上面所提到的分析系统中，将流道的输入侧与一个充有校准液的附加容器相连，该校准液中含有的待分析物的浓度与载液中的浓度不同，其中一方面在上述容器和附加容器之间装有使校准液或载液流过薄膜的流量控制装置，另一方面在上述容器和流道之间装有使校准液或载液流过薄膜的流量控制装置。通常，在流道的输入侧只装一个盛有载液的容器。上述载液中含有通过薄膜扩散或流动的离子、原子或分子。通过简单而方便地设置一个盛有不同液体的附加容器可以在现场校准分析装置。最好使控制每种液体的流量控制装置都包括泵，该泵的输出量是可控制的。在这种方式中可实现精确的流量控制，因此明显简化了随后的对与校准有关的浓度的测定。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准分析系统的方法，该系统具有一个薄膜，该膜的外侧与待分析介质接触，以便检测上述介质中含有的某种物质的浓度，其特征在于：使一种含有预先确定的第一浓度的上述物质的第一流体（９）沿薄膜（２）内侧传送，使具有预定确定的不同于上述第一浓度的第二浓度的至少一种第二流体（１２）流过上述薄膜的内侧，记录流过上述膜内侧的流体（９，１２）的浓度，由此，通过膜（２）外侧的物质浓度和测量信号确定出相关参数（ｋ↓［ｏ］×Ａ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N伊森姆，
申请(专利权)人：丹福斯有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]