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濃度測量儀器是用來測量氣體或液體中特定物質(zhì)濃度的儀器。
通過測量通過濾光片獲得的特定波長的光的吸收量或反射量,或?qū)⒐夥殖梢?guī)則的波長間隔(光譜),就可以獲得被測物質(zhì)的濃度。當測量物質(zhì)固定時,通過用物質(zhì)高度吸收的特定波長的光照射樣品,并用檢測器測量透射量(衰減量)來確定濃度。脈搏血氧儀也是一種利用光的透射率的光度計。
濃度測量儀器的用途
濃度計的主要用途是測量液體或氣體中特定目標物質(zhì)的濃度。它被用于各種工業(yè)領域。
1. 食品和飲料
在食品工業(yè)中,很多產(chǎn)品都是因為氧氣引起的氧化反應而導致品質(zhì)下降的。在包裝過程中,需要保持較低的氧氣濃度,以防止品質(zhì)下降。氧氣濃度計用于監(jiān)測灌裝機、封口機、包裝機等的設置是否正確,以及氣體灌裝是否可靠地進行。
2. 環(huán)境測量
在環(huán)境監(jiān)測方面,濃度測量儀器用于監(jiān)測空氣中各種氣體的濃度,例如NOx、SO2 、 CO、CO2和HCl。此外,環(huán)境測量用氧氣濃度計是用于檢查存在缺氧風險的場所(例如沙井、下水道、儲罐和船舶)的安全的設備。
3.醫(yī)療用途
在醫(yī)療應用中,各種設備用于測量血氧水平(脈搏血氧儀)和血糖水平等目的。
4.工業(yè)應用
在工業(yè)中,濃度計用于管理生產(chǎn)線上的液體濃度。具體而言,例如晶圓制造工序中的抗蝕劑剝離液、酸堿清洗液的濃度控制、半導體制造工序中的再生化學品的濃度控制、氧化膜/氮化膜蝕刻液的濃度控制等。
此外,微量氧分析儀可以測量工業(yè)氣體中極微量的氧氣濃度,并用于半導體制造工藝和氬氣焊接。其他專業(yè)產(chǎn)品包括測量印刷油墨色密度的設備和預拌混凝土的鹽濃度計。
5.實驗科學
在實驗科學中,一種應用是測量酶反應引起的顯色反應的濃度,并將其轉(zhuǎn)化為酶活性。濃度計也用于測量蛋白質(zhì)和核酸的濃度(定量分析)。
濃度測量儀器的原理
許多測量液體濃度的濃度計采用吸光度法作為測量原理。
1. 吸收光度法
在吸光度法中,特定波長的光照射到裝有待測樣品的容器(樣品池)上。受光部(檢測器)接收透過池子的光,根據(jù)得到的電信號檢測光的透過率(衰減),從而可以測量物質(zhì)的濃度。
當照射光強度為I0 、透射光強度為I、摩爾濃度為C、光路長度(厚度)為l、摩爾吸光系數(shù)為ε時,將吸光度A定義為-logI/I0,可得到以下等式,其中A與樣品的濃度C成比例。通過根據(jù)這種關系創(chuàng)建校準曲線,可以量化未知物質(zhì)的濃度。 (A = εCl)
2.光譜儀
從光源發(fā)出的白光中獲取特定波長的方法有多種,包括濾光片法(讓光穿過有色玻璃等濾光片)、棱鏡法(使用水晶或石英制成的棱鏡來分散光)以及光柵法(使用衍射光柵來獲取連續(xù)光譜)。
例如,濾光片法是在樣品和光接收單元之間放置互補色濾光片,并通過紅、綠、藍濾光片測量光。
3. 光源和探測器
所用光源主要有氘放電管、鎢絲燈、發(fā)光二極管等,探測器包括光學半導體(光電池)和光電倍增管(光電倍增管)。由于可測量的波長范圍根據(jù)光譜方法和檢測器的類型而變化,因此需要根據(jù)目的選擇設備和池材料。
另一方面,對于測量特定物質(zhì)的濃度計(例如血氧儀),光源僅照射目標物質(zhì)高度吸收的特定波長,并且檢測器獲得的光被轉(zhuǎn)換為電信號,顯示為濃度。
濃度測量儀器的種類
如上所述,濃度測量儀器用途廣泛,種類繁多,例如用于測量氣體和液體的儀器。用于測量液體的濃度測量儀中,除了采用吸光度法的濃度測量儀外,還有通過使振動傳感器在液體中振動而產(chǎn)生的粘性阻力來測量濃度的濃度測量儀,以及結(jié)合了超聲波和電導率的多組分濃度計。
氧氣測量裝置也有很多不同的類型。例如,有測量腔室、手套箱和培養(yǎng)箱內(nèi)濃度的實驗室儀器,有用于環(huán)境測量的儀器,有檢測生產(chǎn)線上微量氧氣的儀器,有測量包裝內(nèi)氧氣濃度的儀器。由于測量范圍和測量限度根據(jù)應用而不同,因此需要選擇適合應用的設備。
濃度測量儀器的其他例子包括用于監(jiān)測含有溶解氫氣的溶液中的氫濃度的溶解氫計,以及臭氧濃度計。