专利名称：：使用全固态荧光计监控和控制水中化学物质的方法
技术领域：
：本发明大体涉及一种使用全固态荧光计监控和控制被加到和存在于水系统中的化学物质的浓度的方法。
背景技术：
：发布给Alfano等人的美国专利号6,255,118描述了通过利用具有激励源的固态荧光计和使用所述全固态荧光计确定焚光示踪剂的浓度，来监控和控制工业系统中化学物质的浓度的方法，所述激励源是发光二极管或固态二极管激光器，加到工业系统的荧光示踪剂与加到工业系统的化学物质成已知的比例。该专利在这里通过引用被并入。
发明内容本发明提供了一种监控被加到水系统的一种或多种化学物质的浓度的方法。该方法利用具有一个或多个激励源的固态荧光计，该激励源为发光二极管或固态激光二极管。发光二极管发射具有从约255nm到约365nm或从约520nm到约940nm的波长的光。荧光计还具有从水系统的激励4妻收荧光的一个或多个检测器，并产生与检测器所接收的荧光量成比例的输出信号。荧光示踪剂以与加到水系统的化学物质成的已知比例被加到水系统。加到水系统的化学物质可具有荧光特性。如上所述的荧光计用于检测加到水系统的荧光示踪剂的荧光或化学物质的荧光。荧光计被程序设计成产生与所检测的荧光成比例的输出信号。可选地，控制加到水系统的化学物质的剂量以被荧光计检测的来自所述荧光示踪剂或化学物质的输出信号为基础。本发明提供了监控水系统中一种或多种化学物质的浓度的方法。该方法利用具有一个或多个激励源的固态荧光计，该激励源为发光二极管或固态激光二极管。荧光计具有从水系统的激励接收荧光的一个或多个检测器，并产生与检测器所接收的荧光量成比例的输出信号。荧光计用于检测水系统中的化学物质的荧光。荧光计被程序设计成产生与所检测的荧光成比例的输出信号。可选地，控制水系统中的化学物质的浓度以来自被荧光计检测的所述荧光化学物质的输出信号为基础。本发明还指示使用荧光计监控水系统中一种或多种生物材料的方法，该方法利用具有一个或多个激励源的固态荧光计，该激励源为发光二极管或固态激光二极管。荧光计具有从水系统的激励接收荧光的一个或多个检测器，并产生与检测器所接收的焚光量成比例的输出信号。如上所述的荧光计用于检测水系统中的生物材料的焚光。荧光计^皮程序设计成产生与所检测的荧光成比例的输出信号。可选地，控制水系统中的生物材料的浓度以来自被荧光计检测的所述荧光生物材料的输出信号为基础。本发明的额外特点和优点在目前优选实施方案的详细说明中被描述且很明显。具体实施例方式下列术语在本专利申请中自始至终具有所指示的含意"大约"表示几乎或等于。"水系统"表示对消费者或工业应用的水系统。"NDSA"表示萘二磺酸。"BSA，，表示牛血清白蛋白。"EWL"表示蛋清溶菌酶。"NADH"表示烟酰胺腺噤呤二核苦酸。"NADPH"表示磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。"LED"表示发光二极管。"生物材料"表示活的有机体或从活的有机体得到的材料。200680014444.4说明书第3/6页"化学处理，，表示调用化学物质加入到水系统以产生期望效应的实验方案。本发明的固态二极管激光器或发光二极管焚光计装置适合于使用在一些工业和消费者水应用中。这些水应用包括但不限于冷却水系统、锅炉水系统、液体浆、陶瓷浆、废物处理、采矿业、农业、油田应用、饮用水或适于饮用的水供应、反渗透系统、商业和消费者热水供应和装置、游泳池和温泉、游乐园骑乘式设备、食物处理和装饰性喷泉。在一个实施方案中，固态荧光计检测器是硅光电二极管。在另一实施例中，固态荧光计是光电倍增管。在另一实施方案中，固态荧光计用于监控水系统中的生物材料。在又一实施方案中，生物材料选自由下列材料组成的组氨基酸、NADH、核酸、色氨酸、酪氨酸、腺嘌呤三磷酸、吡。定二钙(calciumdipicolinate)、NAD(P)H、四羟酮醇、口卜啉、3,4二羟基苯丙氨酸、犬尿氨酸(Kyurenine)、5羟色胺、苯丙氨酸、多巴胺、组胺、维他命A、对氨基苯曱酸、维他命B12、雌激素、腺噤呤二磷酸、腺嘌呤、腺苷、牛血清白蛋白、蛋清溶菌酶、萘二磺酸、微生物、毒素、孢子、病毒、藻类、真菌和蛋白质。例如，280nmLED使用荧光计检测色氨酸、由活体产生的蛋白质中的普通氨基酸，340nmLED检测与细胞新陈代谢联系的NAD(P)H/NAD(P)+比率以及散射可检测薄膜沉淀和生物薄膜形成。在另一实施方案中，荧光染料被加到所述水系统。荧光染料与水系统中的生物材料起反应。使用荧光计分析起反应的荧光染料。美国专利号6,329,165和6,440,689都描述了这个过程，并在这里通过引用^皮并入。在一个实施方案中，525nmLED使用荧光计检测刃天青和试卣灵。在另一实施方案中，化学处理响应于来自由所述荧光计;险测的所述化学物质的输出信号而应用于水系统。在一个实施方案中，化学处理是生物杀灭剂、生物抑制剂(biostatic)或其它微生物控制剂。生物杀灭剂和生物抑制控制剂都包括但不限于下列化合物次卣酸、卣素释放化合物、卣代氨基磺酸盐、二氧化氯、臭氧、过氧化合物、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑淋、四元化合物、戊二醛、三,以及表面活性剂例如环氧乙烷/环氧丙烷共聚物和多烷基糖苷。在另一实施方案中，有效量的化学处理被加到所述水系统，以预防所述水系统中的微生物或污染。在另一实施方案中，生物材料在从约260nm到约350nm的激励波长处发荧光。除了生物材料外，其它材料如用于水处理的荧光示踪剂也可被监控。一些聚合物和其它化学活性剂在固态LED或激光二极管发射的区域中展示自然荧光。本发明的设备可被制成测量DAXAD聚合物或萘磺g^/曱醛钠盐共聚物、NexGuard聚合物或丙烯酸盐/苯乙烯磺酸盐共聚物及其低分子量分解副产品以及萘二磺酸、苯并三唑、曱苯基三唑、对苯二酚、五倍子酸、连苯三酚、磺化蒽和可以为浓度指示剂形式的荧光标记聚合物(美国专利号5,435,969,其在这里通过引用被并入)、或标记的聚合物(美国专利号5,171,450和6,645,428,其在这里通过引用被并入)。下列例子被介绍以描述本发明的优选实施例和利用，且不意味着限制本发明，除非另外在所附权利要求中陈述。实施例实施例1:色氨酸是一种氨基酸，氨基酸是蛋白质的一个荧光成分。因为蛋白质是活生物的基本元素，如果我们对检测活有机体或由活有机体引起的残留蛋白质污染感兴趣，则能够检测这种荧光是有用的。下表示出基于LED的检测器对各种低水平的氨基酸色氨酸的响应。表一使用UVLED的色氨酸荧光<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例2:包含荧光氨基酸的蛋白质的一个例子是牛血清白蛋白(BSA),牛血液的一个组成部分。下一表示出对来自基于LED的荧光检测器的BSA的成比例的响应。这显示可为工业系统生物淤积的組成部分的蛋白质的有用的检测，或用于检测肉处理装置中的蛋白质污染。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实施例3:包含荧光氨基酸的蛋白质的另一个例子是蛋清溶菌酶，母鸡鸡蛋的一个组成部分。下一表示出使用基于LED的荧光检测器检测EWL。该设备可用于检测在食物处理中或来自微生物的蛋白质污染。表三<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实施例4:活有机体的组成部分是烟酰胺腺噤呤二核苷酸。称为NADH的这种物质参与细胞中的化学还原和氧化反应并存在于所有的活生物中，但在死亡后迅速降解。因此能够检测NADH作为在生物污染中存在活有机体的指示剂是有用的。下一图表示出通过具有在340nm的荧光激励的LED检测器检观'JNADH。表四<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例5:下表和图表示出使用LED荧光检测系统来分析包含不同级别的活铜绿假单胞菌CP"w必mowwaeragz'wora)细菌的一系列样品。这些数据显示在280nm和340nm激励波长处的每mL约一千个细菌的荧光检测的阈值。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1.一种用于监控被加到水系统的一种或多种化学物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤a)提供固态荧光计，其中所述荧光计包括i)一个或多个固态激励源，其在特定方向引导光，其中所述激励源是发光二极管或固态激光二极管，所述发光二极管发射具有从约255nm到约365nm或从约520nm到940nm的波长的光，或所述固态激光二极管具有从约340nm到约600nm的波长；ii)一个或多个检测器，其从样品的激励接收荧光并产生与被所述检测器接收的荧光的量成比例的输出信号；b)提供水系统，其中荧光示踪剂以与所述化学物质成的已知比例被加到所述水系统，或其中被加到所述水系统的所述化学物质具有荧光特性；c)使用所述荧光计来检测所述水系统中的所述荧光示踪剂的荧光或化学处理剂的荧光；d)将所述荧光计程序设计成产生与所检测的荧光成比例的输出信号。2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括基于来自被所述荧光计检测的所述荧光示踪剂或所述化学物质的所述输出信号来控制被加到所述水系统的所述化学物质的剂量的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其中被加到所述水系统的所述化学物质选自由下列物质组成的组萘磺酸/曱醛钠盐共聚物、丙烯酸盐/苯乙烯磺酸盐共聚物及其分解副产品低分子量的聚合物或脱磺酸聚合物，以及萘二磺酸、苯并三唑、曱苯基三唑、对苯二酚、五倍子酸、连苯三酚、磺化蒽和荧光标记聚合物。4.如权利要求1所述的方法，其中所述水系统选自由下列系统组成的组冷却水系统、锅炉水系统、液体浆、陶瓷浆、废物处理、采矿业、农业、油田应用、饮用水或适于饮用的水供应、反渗透系统、商业和消费者热水供应和装置、游泳池和温泉、游乐园骑乘式设备、食物处理和装饰性喷泉。5.—种用于监控水系统中一种或多种化学物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤a)提供固态荧光计，其中所述荧光计包括i)一个或多个固态激励源，其在特定方向引导光，其中所述激励源是发光二极管或固态激光二极管；ii)一个或多个检测器，其从样品的激励接收荧光并产生与在所述检测器上接收的荧光的量成比例的输出信号；b)提供水系统；c)使用所述荧光计来检测所述水系统中的所述化学物质的焚光；6.如权利要求5所述的方法，其中，所述发光二极管或固态激光二极管发射具有从约260nm到约350nm的波长的光。7.如权利要求5所述的方法，其进一步包括基于来自被所述荧光计检测的所述荧光化学物质的所述输出信号来控制所述水系统中的所述化学物质的浓度的步骤。8.如权利要求5所述的方法，其进一步包括根据来自被所述荧光计检测的所述化学物质的所述输出信号而向所述水系统提供有效量的化学处理的步骤。9.如权利要求5所述的方法，其中所述化学物质是生物材料。10.如权利要求9所述的方法，其中所述生物材料选自由下列材料组成的组氨基酸、NADH、核酸、色氨酸、酪氨酸、腺噤呤三磷酸、吡啶二钙、NAD(P)H、四羟酮醇、卟啉、3,4二羟基苯丙氨酸、犬尿氨酸、5羟色胺、苯丙氨酸、多巴胺、组胺、维他命A、对氨基苯甲酸、维他命B12、雌激素、腺噤呤二磷酸、腺嘌呤、腺苦、牛血清白蛋白、蛋清溶菌酶、萘二磺酸、微生物、毒素、孢子、病毒、藻类、真菌和蛋白质。11.如权利要求8所述的方法，其中，所述化学处理选自由下列材料组成的组生物杀灭控制剂、生物抑制控制剂和微生物控制剂。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述水系统选自由下列系统组成的组冷却水系统、锅炉水系统、液体浆、陶乾浆、废物处理、采矿业、农业、油田应用、^:用水或适于饮用的水供应、反渗透系统、商业和消费者热水供应和装置、游泳池和温泉、游乐园骑乘式设备、食物处理和装饰性喷泉。13.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测器是硅光电二极管。14.如权利要求5所述的方法，其中，所述检测器是硅光电二极管。15.如权利要求l所述的方法，其中，所述检测器是光电倍增管。16.如权利要求5所述的方法，其中，所述检测器是光电倍增管。17.如权利要求8所述的方法，其中，所述有效量的化学处理被加到所述水系统，以预防所述水系统中的微生物或污染。18.如权利要求11所述的方法，其中，所述生物杀灭控制剂和生物抑制控制剂选自由下列物质组成的组次卣酸、卣素释放化合物、卣代氨基磺酸盐、二氧化氯、臭氧、过氧化合物、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑啉、四元化合物、戊二醛、三溱、表面活性剂环氧乙烷/环氧丙烷共聚物和多烷基糖苷。19.如权利要求1所述的方法，其中，被加到所述水系统的所述化学物质是可与存在于所述水系统中的生物材料起反应的荧光染料。20.如权利要求19所述的方法，其中，所述荧光染料选自由刃天青和试卣灵组成的组。全文摘要一种通过使用固态荧光计监控和控制被加到和存在于水系统中的化学物质的浓度的方法。通过使用固态荧光计来监控和控制存在于水系统中的生物材料。文档编号G01N21/76GK101184987SQ200680014444公开日2008年5月21日申请日期2006年4月26日优先权日2005年5月2日发明者罗伯特·L·韦特格鲁夫,罗德尼·H·班克斯申请人:纳尔科公司