专利名称：水溶液的盐浓度的确定的制作方法
技术领域：
本发明提供一种确定水溶液的盐浓度的方法。
背景技术：
存在许多确定水溶液中已知盐的浓度的方法，尤其是使用溶液样品的化学测量方法。
然而，存在许多取样处理不可行或经济方面上不可接受的情况。
例如，这些情况有如下领域需要检测道路除冰剂并测量道路上的除冰剂残余量的道路基础建设冬季维护以使得称职的维护人员能在适当时候做出决定再次喷洒道路除冰剂。
这个问题尤其还产生于农业食品工业。其可以是在制造过程中或结束时对产品含盐量进行量化的问题。
其同样可以是通过随着时间追踪例如酸奶等产品的奶浆的含盐量来评估产品的老化的问题。
其同样可以是确定由多种制造方法制造的盐水中的废盐量的问题。
其还可以是确定游泳池中的氯化物含量的问题。
而且，该问题更普遍地产生于环境问题，这需要测量水溶液中的废盐并评估可能由其造成的盐对土地的污染。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种如下确定水溶液中的盐浓度的方法无需对待检溶液进行取样就可以在与溶液接触或不接触的情况下进行确定。
为了实现该目的，本发明提供一种确定可能存在于包含至少一部分水的物质中的盐浓度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 a)记录被所述物质散射的波数在2500CHT1至4000CHT1范围内的光子的拉曼光谱； b)在所述物质的给定温度下，确定所述光谱对应于两个特定波数的两个点； c)计算表示所述点的两个幅度的比值以获得测量比；以及 d)将所述测量比与基准曲线图进行比较，所述基准曲线图表示作为所述盐浓度的函数的各种温度下的盐浓度。
本发明清楚地构成对设定目的的良好响应，这是因为在可以于实验室中执行的初始阶段中产生如下基准曲线图其表示水溶液中的盐浓度或更通常地表示不同温度下物质中的盐浓度以用作盐浓度的函数。该初始步骤之后是只通过记录待测物质的拉曼光谱以及对该记录进行数字和逻辑处理来测量真正溶液或更通常地为真正待测物质的步骤。
显然，用于实施本方法的装置仅包括光子源、拉曼光谱仪和信息处理装置。
因此实施本发明的装置不需要与作为相位确定对象的物质之间进行接触。
因此，用于实施本方法的所有装置可以相对于待检物质或相对于安置物质的支撑件移动。
因此，无论物质的外部条件如何，都可以进行确定。
应该指明，术语盐的“水溶液”是指含有百分含量变化范围非常大的盐和水的任何物质。只需要存在微量的水。
为了确定所述曲线图优选执行以下操作 记录所述物质在不同浓度和不同温度下的拉曼光谱； 针对各个拉曼光谱，确定所述光谱上与所述预定特定波数对应的两个点； 计算表示所述两个点的两个幅度的比以获得基准测量比；以及 在同一坐标系统中，确定各个温度下的作为浓度函数的所述基准测量比的基准曲线。
显然，可以在实验室中根据待测水溶液样品中确定该基准曲线图。
所述浓度确定方法的特征优选在于所述基准曲线图的所述曲线是表示同一温度下基准测量比的值的数学回归曲线。
所述浓度确定方法的特征优选在于在波数的子范围内选择两个特定波数之一，在所述子范围内，所述拉曼光谱表示进入所述物质的组合物中的盐或者拉曼光谱由于所述盐而相对于水的成分改变；在波数的另一子范围内选择另一特定波数，在所述另一子范围内所述拉曼光谱整体代表水。
本发明的其它目的在于在上述方法在不同条件下检测水溶液中的盐量、或更笼统地说物质中的盐量的应用，尤其是用于探测道路除冰剂并测量除冰剂在道路上的残留量； 用于确定农业食品工业产品的盐浓度；以及 用于探测废水的水溶液中的废盐。
在阅读了作为非限制性实例给出的本发明多个优选实施例的以下描述更容易理解本发明的其它特征和优点。参考如下附图进行描述，其中 图1示出了水溶液中的盐的典型拉曼光谱(Raman spectrum)； 图2示出了作为给定温度下拉曼强度的函数的含盐量的基准曲线的确定实例； 图3示出了不同温度下水溶液中盐浓度的曲线图的实例； 图4示出了用于实施本发明的确定道路上除冰剂浓度的方法的设备； 图4A示出了用于图4所示设备中的信息处理装置的主要元件；以及 图5示出了分别用于氯化钠溶液、醋酸钾溶液和尿素溶液的拉曼光谱SA、SB和SC 的实例。
具体实施例方式如上所述，本发明的方法采用了拉曼光谱测定法。
该技术本身是众所周知的，因而无需详描。
这足以概括其一般原理。
当透明样品受到单色电磁波照射时，一小部分光发生散射。
散射光的频率分析呈现有波长与入射光波长相同的成分(弹性散射)以及包括波长与入射光束不同的的成分(非弹性散射)。
应用于拉曼光谱学的就是这种第二成分。该散射光束的拉曼光谱是电磁光束所应用到的材料特征。
下面描述了确定所识别出的水溶液的盐浓度的方法。
本发明的方法包括在构造基准曲线图的初始步骤之后确定待研究的水溶液的实际盐浓度的步骤。
图1示出了需要确定盐浓度的溶液的拉曼光谱S,该拉曼光谱对应于给定温度和给定盐浓度。
在该附图中，沿着横坐标轴绘制波数，沿着纵轴绘制拉曼强度。
可以将波数的整个范围PL分为两个子范围PLl和PL2，这两个子范围PLl和PL2 分别对应于表示进入溶液的成分中的元素或者由于该元素而造成拉曼光谱相对于水中的成分发生变化的区域、和整体表示上述元素的任何影响区域之外的水的区域。适当地选择位于各个子范围内的两个特定波数Sl和S2，可以改善获得基准曲线图的方法的灵敏性。例如，对于表示进入组合物中的元素的波数，可以选择出现在拉曼光谱中的特征峰值。
对于每个波数Sl和S2，自然地对应于曲线S上的点Pl或P2。每个点Pl和P2与表示拉曼强度的幅度相关联。这种关联可以是强度Il和12本身或者可以是点Pl和P2附近的有限弯曲部分的曲线S与横坐标轴之间的面积Al和A2。然后计算这些代表性幅度之间的测量比Rm。
「_21 R = 1^S1J,C) — Al(SlJiC) “‘ I2(S2,T,C) AliS2,Τ,C) 这产生对应于预定盐浓度和预定温度的测量比Rm。然后，根据对应于相同温度T 下的不同浓度的样品来确定拉曼光谱。根据这些不同的测量值，可以在曲线图上绘制出对应于相同温度T下不同盐浓度的不同点Ni。例如，在附图2中，测量点Ni对应于固定温度下的氯化钠溶液。例如利用数学回归法将不同测量点M拟合为例如对数刻度上的线性拟合以将该组测量值与代表曲线Di关联起来。
然而，无需多言，对于其它盐，这些曲线不需要为直线部分。
针对所关注温度范围内的不同温度重复该操作。然后，可以在同一曲线图上绘制不同的直线Di，直线Di将沿纵轴向上绘制的测量比Rm作为针对不同温度Ti沿横坐标轴绘制的浓度C的函数。由此，如图3所示，获得针对温度Tl至Tn的曲线。
如图3所示的曲线图包括给出了测量比Rm与浓度之间关系的曲线，并且构成用于本发明方法的基准曲线图。
—旦获得待检查的水溶液的基准曲线图，可以利用本发明的方法通过执行以下步骤来确定这种类型的任意水溶液的浓度。
确定待测水溶液的拉曼光谱和溶液的温度。根据对应于所关注的水溶液的拉曼光谱S，确定对应于特定波数Pl和P2的点Pl和P2，这是图1所示的类型。对于每个点Pl和 P2，利用强度本身或面积来确定与待测试的水溶液的特定实例对应的测量比Rm。以这种方式获得一对包括测量比Rm和温度T的值。
然后可以使用如图3所示的基准曲线图来确定水溶液的盐浓度。当然，选择与测量温度对应的曲线Di，然后在曲线Di上选择与确定的测量比对应的点，从而获得水溶液的浓度。
下文将描述上述方法的不同应用。第一应用在于用于确定喷洒在道路上的道路除冰物质(例如NaCl)的水溶液的相位的设备。
如图4所示，该设备包括具有拉曼探头12的车辆10，拉曼探头12安装在车辆10 的外部并且指向已经喷洒有待测试水溶液的道路14。探头12通过例如光纤16连接至车辆的机载装置18。
机载装置可以包括激光光源20和连接至光纤16的拉曼光谱仪22。光谱仪22向处理单元M发送信息，该信息对应于连续建立的拉曼光谱S。处理单元M可以自动地产生信息捕捉瞬间。
处理单元M与存储器沈相连，存储器沈用于存储与基准曲线图相关的数据、波数Sl和S2和用于处理所接收的拉曼光谱的软件。
计算所接收的每个光谱的测量比Rm并将计算得到的测量比Rm与基准曲线图进行比较以推导出水溶液的浓度。显示屏幕观使得操作者能看到结果。这些结果可以等同地构成装置或方法的控制数据从而馈送至装置或方法的控制循环。
当然，除了上述应用之外还可以构想出方法的其它应用。充分的是，这些应用依赖于物质(尤其是水溶液)中的盐浓度，只要物质包含足够量的水来应用本方法。
当然，根据所关注的用途，盐可以是不同的。因此，盐从包括氯化物、醋酸盐、甲酸盐、尿素或所述盐的组合的组中选择。
为了示出本发明应用的不同领域，图5示出三个分别与氯化钠、醋酸钾和尿素对应的拉曼光谱SA、SB和SC。
对于每种盐示出了液态的曲线I和固态的曲线II。这些拉曼曲线清楚地示出了对于每种盐而言，可以选择两个能获得非常精确的浓度测量的特定波数。
权利要求
1.一种盐浓度确定方法，所述盐可能存在于包含至少一部分水的物质中，其特征在于， 所述方法包括如下步骤a)记录被所述物质散射的波数在2500cmcm-1至4000cm-l的范围内的光子的拉曼光谱；b)确定在所述物质的给定温度下所述光谱与两个特定波数对应的两个点；c)计算代表所述点的两个幅度的比以获得测量比；以及d)将所述测量比与基准曲线图进行比较，所述基准曲线图表示作为所述盐浓度的函数的各种温度下的盐浓度。
2.一种根据权利要求1所述的浓度确定方法，其特征在于，为了确定所述曲线图 记录所述物质的在不同浓度和不同温度下的拉曼光谱；针对各个拉曼光谱，确定所述光谱上与所述预定特定波数对应的两个点； 计算代表所述两个点的两个幅度的比以获得基准测量比；以及在同一坐标系统中，确定各个温度下的作为浓度函数的所述基准测量比的基准曲线。
3.根据权利要求2所述的浓度确定方法，其特征在于，所述基准曲线图的所述曲线是数学回归曲线，所述曲线表示同一温度下基准测量比的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的浓度确定方法，其特征在于，在波数的子范围内选择两个特定波数中的一个，在所述子范围内，所述拉曼光谱表示进入所述物质的成分中的盐或者拉曼光谱由于所述盐而相对于水的成分改变，在波数的另一子范围内选择另一特定波数，在所述另一子范围内所述拉曼光谱整体上表示水。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的浓度确定方法，其特征在于，所述代表幅度是两个特定波数的拉曼光谱的强度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的浓度确定方法，其特征在于所述特定幅度是由拉曼光谱在所述点附近限定的面积。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的浓度确定方法，其特征在于所述盐在如下群组中选择，所述群组包括氯化物、醋酸盐、甲酸盐、尿素或所述盐的组合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法的一种应用，用于探测道路除冰剂并测量道路除冰剂在道路上的残留量。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法的一种应用，用于确定农业食品工业产品的盐浓度。
10.一种根据权利要求1至7中任一项所述的方法的应用，用于探测废水的水溶液中的废盐。
全文摘要
本发明公开了一种盐浓度确定方法，所述盐可能存在于包含至少一部分水的物质中，所述方法包括如下步骤a)记录被所述物质散射的波数在2500cm-1至4000cm-1的范围内的光子的拉曼光谱；b)确定在所述物质的给定温度下所述光谱与两个特定波数对应的两个点；c)计算代表所述点的两个幅度的比以获得测量比；以及d)将所述测量比与基准曲线图进行比较，所述基准曲线图表示作为所述盐浓度的函数的各种温度下的盐浓度。本发明优选地不需要取样并且可以是非接触式的。
文档编号G01N21/65GK102187205SQ200980141472
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月17日
发明者伊瓦纳·杜瑞科维基, 马里奥·马尔切蒂, 雷米·克拉夫利-罗斯拜德, 吉恩·利威特, 帕特里斯·博森, 马克·冯塔纳, 吉恩-玛丽·查索特 申请人:梅茨·保罗·魏尔伦大学