[发明专利]用于检测海水PH值的微光信号检测装置

说明书

技术领域

 本发明属于海洋环境监测技术领域，具体地说，是涉及一种用于对海水的PH值进行检测的装置。

背景技术

PH值是海水碳酸盐体系的重要参数之一，也是海洋酸化的直接证据。海洋碳循环和海洋酸化研究需要连续精确地监测海水的PH值。我国是海洋大国，海洋酸化和碳循环体系的研究是关系海洋环境、海洋灾害预警、海洋安全和海洋资源开发的重要任务，而海水PH值是反映海洋碳循环体系的重要指标之一，因此，检测海水的PH值对海洋环境的安全监测至关重要。

目前国际上，在线检测PH值的方法主要有两种：一种是电极法；一种是分光光度法。电极法的检测精度极限为±0.005，而分光光度法的检测精度极限为±0.0007。采用电极法设计的检测装置，其优点是价格低廉，但精度低，需要经常矫正和更换探头。而采用分光光度法设计的检测装置，其检测准确度高，精密度好，且无需校正，因此已经成为目前海水碳酸盐体系研究中测定海水PH值的标准方法。虽然国外的科研人员研制了一系列基于分光光度法设计的PH值测定系统，但大多体积庞大、仪器笨拙，且需要复杂的人工操作，无法完全满足海洋碳循环、海水酸化甚至全球气候变化研究的需要。

发明内容

本发明针对海水PH值检测这一应用领域，设计了一种微光信号检测装置，以简化人工操作，提高海水PH值的检测精度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于检测海水PH值的微光信号检测装置，设置有

流路系统，用于流通海水样品和指示剂，包括流通池；

光路检测系统，用于对流路系统中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测，包括LED光源、一进三出光纤耦合器、三个滤光片和三个光电二极管；所述LED光源对流通池中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行照射，透过海水样品或者所述混合溶液的光线耦合射入一进三出光纤耦合器，经一进三出光纤耦合器将单路光线分为三路光线，分别射向三个滤光片，经由三个滤光片滤出三路特定波长的光线分别射向三个光电二极管，经由三个光电二极管分别进行光电转换后，输出三路检测信号；

主控系统，接收三个光电二极管转换输出的检测信号，计算出海水样品的PH值。

进一步的，所述光路检测系统首先对海水样品进行光照检测，输出三路检测信号I_λ1海水、I_λ2海水、I_λ3海水，其中，λ1、λ2、λ3分别为三个滤光片的滤光波长，且λ1为指示剂的酸态的最大吸收波长，λ2为指示剂的碱态的最大吸收波长，λ3为参比波长，所述参比波长为指示剂的酸态和碱态都不吸收的波长；然后，光路检测系统对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测，输出三路检测信号I_{λ1混合溶液}、I_{λ2混合溶液}、I_{λ3混合溶液}；

利用公式                                               计算出海水样品的PH值；其中，

, ，；

为指示剂的解离常数，e₁、e₂、e₃为指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸收系数比值。

又进一步的，所述摩尔吸收系数比值e₁、e₂、e₃由指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸光系数、、、确定，且

,, 。

优选的，所述指示剂为间甲酚紫；所述λ1=578nm、λ2=432nm、λ3=730nm。

为了实现海水样品与指示剂的定量取样，在所述流路系统中还设置有三通阀组、水样泵、指示剂泵和两路定量环，所述流通池连接在第一路定量环中；在对海水样品进行光照检测时，控制三通阀组形成双开环流路，在水样泵的驱动下，通过第一路定量环对海水样品进行定量取样；在指示剂泵的驱动下，通过第二路定量环对指示剂进行定量取样；

在对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测时，控制三通阀组形成单闭环流路，使所述的两路定量环接通，形成闭合环路，并在水样泵或者指示剂泵的驱动下，使海水样品和指示剂在闭合环路中流动，充分混合后再进行光照检测。