專利名稱：：使用全固態(tài)熒光計(jì)監(jiān)控和控制水中化學(xué)物質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體涉及一種使用全固態(tài)熒光計(jì)監(jiān)控和控制被加到和存在于水系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法。
背景技術(shù)：
：發(fā)布給Alfano等人的美國(guó)專利號(hào)6,255,118描述了通過利用具有激勵(lì)源的固態(tài)熒光計(jì)和使用所述全固態(tài)熒光計(jì)確定焚光示蹤劑的濃度，來監(jiān)控和控制工業(yè)系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法，所述激勵(lì)源是發(fā)光二極管或固態(tài)二極管激光器，加到工業(yè)系統(tǒng)的熒光示蹤劑與加到工業(yè)系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)成已知的比例。該專利在這里通過引用被并入。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種監(jiān)控被加到水系統(tǒng)的一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法。該方法利用具有一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源的固態(tài)熒光計(jì)，該激勵(lì)源為發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管。發(fā)光二極管發(fā)射具有從約255nm到約365nm或從約520nm到約940nm的波長(zhǎng)的光。熒光計(jì)還具有從水系統(tǒng)的激勵(lì)4妻收熒光的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，并產(chǎn)生與檢測(cè)器所接收的熒光量成比例的輸出信號(hào)。熒光示蹤劑以與加到水系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)成的已知比例被加到水系統(tǒng)。加到水系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)可具有熒光特性。如上所述的熒光計(jì)用于檢測(cè)加到水系統(tǒng)的熒光示蹤劑的熒光或化學(xué)物質(zhì)的熒光。熒光計(jì)被程序設(shè)計(jì)成產(chǎn)生與所檢測(cè)的熒光成比例的輸出信號(hào)?？蛇x地，控制加到水系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)的劑量以被熒光計(jì)檢測(cè)的來自所述熒光示蹤劑或化學(xué)物質(zhì)的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)。本發(fā)明提供了監(jiān)控水系統(tǒng)中一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法。該方法利用具有一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源的固態(tài)熒光計(jì)，該激勵(lì)源為發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管。熒光計(jì)具有從水系統(tǒng)的激勵(lì)接收熒光的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，并產(chǎn)生與檢測(cè)器所接收的熒光量成比例的輸出信號(hào)。熒光計(jì)用于檢測(cè)水系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)的熒光。熒光計(jì)被程序設(shè)計(jì)成產(chǎn)生與所檢測(cè)的熒光成比例的輸出信號(hào)。可選地，控制水系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)的濃度以來自被熒光計(jì)檢測(cè)的所述熒光化學(xué)物質(zhì)的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)。本發(fā)明還指示使用熒光計(jì)監(jiān)控水系統(tǒng)中一種或多種生物材料的方法，該方法利用具有一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源的固態(tài)熒光計(jì)，該激勵(lì)源為發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管。熒光計(jì)具有從水系統(tǒng)的激勵(lì)接收熒光的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，并產(chǎn)生與檢測(cè)器所接收的焚光量成比例的輸出信號(hào)。如上所述的熒光計(jì)用于檢測(cè)水系統(tǒng)中的生物材料的焚光。熒光計(jì)^皮程序設(shè)計(jì)成產(chǎn)生與所檢測(cè)的熒光成比例的輸出信號(hào)。可選地，控制水系統(tǒng)中的生物材料的濃度以來自被熒光計(jì)檢測(cè)的所述熒光生物材料的輸出信號(hào)為基礎(chǔ)。本發(fā)明的額外特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在目前優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明中被描述且很明顯。具體實(shí)施例方式下列術(shù)語(yǔ)在本專利申請(qǐng)中自始至終具有所指示的含意"大約"表示幾乎或等于。"水系統(tǒng)"表示對(duì)消費(fèi)者或工業(yè)應(yīng)用的水系統(tǒng)。"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"表示煙酰胺腺噤呤二核苦酸。"NADPH"表示磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。"LED"表示發(fā)光二極管。"生物材料"表示活的有機(jī)體或從活的有機(jī)體得到的材料。200680014444.4說明書第3/6頁(yè)"化學(xué)處理，，表示調(diào)用化學(xué)物質(zhì)加入到水系統(tǒng)以產(chǎn)生期望效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。本發(fā)明的固態(tài)二極管激光器或發(fā)光二極管焚光計(jì)裝置適合于使用在一些工業(yè)和消費(fèi)者水應(yīng)用中。這些水應(yīng)用包括但不限于冷卻水系統(tǒng)、鍋爐水系統(tǒng)、液體漿、陶瓷漿、廢物處理、采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、油田應(yīng)用、飲用水或適于飲用的水供應(yīng)、反滲透系統(tǒng)、商業(yè)和消費(fèi)者熱水供應(yīng)和裝置、游泳池和溫泉、游樂園騎乘式設(shè)備、食物處理和裝飾性噴泉。在一個(gè)實(shí)施方案中，固態(tài)熒光計(jì)檢測(cè)器是硅光電二極管。在另一實(shí)施例中，固態(tài)熒光計(jì)是光電倍增管。在另一實(shí)施方案中，固態(tài)熒光計(jì)用于監(jiān)控水系統(tǒng)中的生物材料。在又一實(shí)施方案中，生物材料選自由下列材料組成的組氨基酸、NADH、核酸、色氨酸、酪氨酸、腺嘌呤三磷酸、吡。定二鈣(calciumdipicolinate)、NAD(P)H、四羥酮醇、口卜啉、3,4二羥基苯丙氨酸、犬尿氨酸(Kyurenine)、5羥色胺、苯丙氨酸、多巴胺、組胺、維他命A、對(duì)氨基苯曱酸、維他命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、藻類、真菌和蛋白質(zhì)。例如，280nmLED使用熒光計(jì)檢測(cè)色氨酸、由活體產(chǎn)生的蛋白質(zhì)中的普通氨基酸，340nmLED檢測(cè)與細(xì)胞新陳代謝聯(lián)系的NAD(P)H/NAD(P)+比率以及散射可檢測(cè)薄膜沉淀和生物薄膜形成。在另一實(shí)施方案中，熒光染料被加到所述水系統(tǒng)。熒光染料與水系統(tǒng)中的生物材料起反應(yīng)。使用熒光計(jì)分析起反應(yīng)的熒光染料。美國(guó)專利號(hào)6,329,165和6,440,689都描述了這個(gè)過程，并在這里通過引用^皮并入。在一個(gè)實(shí)施方案中，525nmLED使用熒光計(jì)檢測(cè)刃天青和試卣靈。在另一實(shí)施方案中，化學(xué)處理響應(yīng)于來自由所述熒光計(jì);險(xiǎn)測(cè)的所述化學(xué)物質(zhì)的輸出信號(hào)而應(yīng)用于水系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，化學(xué)處理是生物殺滅劑、生物抑制劑(biostatic)或其它微生物控制劑。生物殺滅劑和生物抑制控制劑都包括但不限于下列化合物次卣酸、卣素釋放化合物、卣代氨基磺酸鹽、二氧化氯、臭氧、過氧化合物、二溴次氮基丙酰胺、異噻唑淋、四元化合物、戊二醛、三,以及表面活性劑例如環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚物和多烷基糖苷。在另一實(shí)施方案中，有效量的化學(xué)處理被加到所述水系統(tǒng)，以預(yù)防所述水系統(tǒng)中的微生物或污染。在另一實(shí)施方案中，生物材料在從約260nm到約350nm的激勵(lì)波長(zhǎng)處發(fā)熒光。除了生物材料外，其它材料如用于水處理的熒光示蹤劑也可被監(jiān)控。一些聚合物和其它化學(xué)活性劑在固態(tài)LED或激光二極管發(fā)射的區(qū)域中展示自然熒光。本發(fā)明的設(shè)備可被制成測(cè)量DAXAD聚合物或萘磺g^/曱醛鈉鹽共聚物、NexGuard聚合物或丙烯酸鹽/苯乙烯磺酸鹽共聚物及其低分子量分解副產(chǎn)品以及萘二磺酸、苯并三唑、曱苯基三唑、對(duì)苯二酚、五倍子酸、連苯三酚、磺化蒽和可以為濃度指示劑形式的熒光標(biāo)記聚合物(美國(guó)專利號(hào)5,435,969,其在這里通過引用被并入)、或標(biāo)記的聚合物(美國(guó)專利號(hào)5,171,450和6,645,428,其在這里通過引用被并入)。下列例子被介紹以描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和利用，且不意味著限制本發(fā)明，除非另外在所附權(quán)利要求中陳述。實(shí)施例實(shí)施例1:色氨酸是一種氨基酸，氨基酸是蛋白質(zhì)的一個(gè)熒光成分。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是活生物的基本元素，如果我們對(duì)檢測(cè)活有機(jī)體或由活有機(jī)體引起的殘留蛋白質(zhì)污染感興趣，則能夠檢測(cè)這種熒光是有用的。下表示出基于LED的檢測(cè)器對(duì)各種低水平的氨基酸色氨酸的響應(yīng)。表一使用UVLED的色氨酸熒光<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例2:包含熒光氨基酸的蛋白質(zhì)的一個(gè)例子是牛血清白蛋白(BSA),牛血液的一個(gè)組成部分。下一表示出對(duì)來自基于LED的熒光檢測(cè)器的BSA的成比例的響應(yīng)。這顯示可為工業(yè)系統(tǒng)生物淤積的組成部分的蛋白質(zhì)的有用的檢測(cè)，或用于檢測(cè)肉處理裝置中的蛋白質(zhì)污染。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例3:包含熒光氨基酸的蛋白質(zhì)的另一個(gè)例子是蛋清溶菌酶，母雞雞蛋的一個(gè)組成部分。下一表示出使用基于LED的熒光檢測(cè)器檢測(cè)EWL。該設(shè)備可用于檢測(cè)在食物處理中或來自微生物的蛋白質(zhì)污染。表三<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例4:活有機(jī)體的組成部分是煙酰胺腺噤呤二核苷酸。稱為NADH的這種物質(zhì)參與細(xì)胞中的化學(xué)還原和氧化反應(yīng)并存在于所有的活生物中，但在死亡后迅速降解。因此能夠檢測(cè)NADH作為在生物污染中存在活有機(jī)體的指示劑是有用的。下一圖表示出通過具有在340nm的熒光激勵(lì)的LED檢測(cè)器檢觀'JNADH。表四<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例5:下表和圖表示出使用LED熒光檢測(cè)系統(tǒng)來分析包含不同級(jí)別的活銅綠假單胞菌CP"w必mowwaeragz'wora)細(xì)菌的一系列樣品。這些數(shù)據(jù)顯示在280nm和340nm激勵(lì)波長(zhǎng)處的每mL約一千個(gè)細(xì)菌的熒光檢測(cè)的閾值。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于監(jiān)控被加到水系統(tǒng)的一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法，所述方法包括以下步驟a)提供固態(tài)熒光計(jì)，其中所述熒光計(jì)包括i)一個(gè)或多個(gè)固態(tài)激勵(lì)源，其在特定方向引導(dǎo)光，其中所述激勵(lì)源是發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)射具有從約255nm到約365nm或從約520nm到940nm的波長(zhǎng)的光，或所述固態(tài)激光二極管具有從約340nm到約600nm的波長(zhǎng)；ii)一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其從樣品的激勵(lì)接收熒光并產(chǎn)生與被所述檢測(cè)器接收的熒光的量成比例的輸出信號(hào)；b)提供水系統(tǒng)，其中熒光示蹤劑以與所述化學(xué)物質(zhì)成的已知比例被加到所述水系統(tǒng)，或其中被加到所述水系統(tǒng)的所述化學(xué)物質(zhì)具有熒光特性；c)使用所述熒光計(jì)來檢測(cè)所述水系統(tǒng)中的所述熒光示蹤劑的熒光或化學(xué)處理劑的熒光；d)將所述熒光計(jì)程序設(shè)計(jì)成產(chǎn)生與所檢測(cè)的熒光成比例的輸出信號(hào)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括基于來自被所述熒光計(jì)檢測(cè)的所述熒光示蹤劑或所述化學(xué)物質(zhì)的所述輸出信號(hào)來控制被加到所述水系統(tǒng)的所述化學(xué)物質(zhì)的劑量的步驟。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中被加到所述水系統(tǒng)的所述化學(xué)物質(zhì)選自由下列物質(zhì)組成的組萘磺酸/曱醛鈉鹽共聚物、丙烯酸鹽/苯乙烯磺酸鹽共聚物及其分解副產(chǎn)品低分子量的聚合物或脫磺酸聚合物，以及萘二磺酸、苯并三唑、曱苯基三唑、對(duì)苯二酚、五倍子酸、連苯三酚、磺化蒽和熒光標(biāo)記聚合物。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水系統(tǒng)選自由下列系統(tǒng)組成的組冷卻水系統(tǒng)、鍋爐水系統(tǒng)、液體漿、陶瓷漿、廢物處理、采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、油田應(yīng)用、飲用水或適于飲用的水供應(yīng)、反滲透系統(tǒng)、商業(yè)和消費(fèi)者熱水供應(yīng)和裝置、游泳池和溫泉、游樂園騎乘式設(shè)備、食物處理和裝飾性噴泉。5.—種用于監(jiān)控水系統(tǒng)中一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法，所述方法包括以下步驟a)提供固態(tài)熒光計(jì)，其中所述熒光計(jì)包括i)一個(gè)或多個(gè)固態(tài)激勵(lì)源，其在特定方向引導(dǎo)光，其中所述激勵(lì)源是發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管；ii)一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其從樣品的激勵(lì)接收熒光并產(chǎn)生與在所述檢測(cè)器上接收的熒光的量成比例的輸出信號(hào)；b)提供水系統(tǒng)；c)使用所述熒光計(jì)來檢測(cè)所述水系統(tǒng)中的所述化學(xué)物質(zhì)的焚光；6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述發(fā)光二極管或固態(tài)激光二極管發(fā)射具有從約260nm到約350nm的波長(zhǎng)的光。7.如權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括基于來自被所述熒光計(jì)檢測(cè)的所述熒光化學(xué)物質(zhì)的所述輸出信號(hào)來控制所述水系統(tǒng)中的所述化學(xué)物質(zhì)的濃度的步驟。8.如權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)來自被所述熒光計(jì)檢測(cè)的所述化學(xué)物質(zhì)的所述輸出信號(hào)而向所述水系統(tǒng)提供有效量的化學(xué)處理的步驟。9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述化學(xué)物質(zhì)是生物材料。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述生物材料選自由下列材料組成的組氨基酸、NADH、核酸、色氨酸、酪氨酸、腺噤呤三磷酸、吡啶二鈣、NAD(P)H、四羥酮醇、卟啉、3,4二羥基苯丙氨酸、犬尿氨酸、5羥色胺、苯丙氨酸、多巴胺、組胺、維他命A、對(duì)氨基苯甲酸、維他命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、藻類、真菌和蛋白質(zhì)。11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述化學(xué)處理選自由下列材料組成的組生物殺滅控制劑、生物抑制控制劑和微生物控制劑。12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水系統(tǒng)選自由下列系統(tǒng)組成的組冷卻水系統(tǒng)、鍋爐水系統(tǒng)、液體漿、陶乾漿、廢物處理、采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、油田應(yīng)用、^:用水或適于飲用的水供應(yīng)、反滲透系統(tǒng)、商業(yè)和消費(fèi)者熱水供應(yīng)和裝置、游泳池和溫泉、游樂園騎乘式設(shè)備、食物處理和裝飾性噴泉。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述檢測(cè)器是硅光電二極管。14.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述檢測(cè)器是硅光電二極管。15.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述檢測(cè)器是光電倍增管。16.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述檢測(cè)器是光電倍增管。17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述有效量的化學(xué)處理被加到所述水系統(tǒng)，以預(yù)防所述水系統(tǒng)中的微生物或污染。18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述生物殺滅控制劑和生物抑制控制劑選自由下列物質(zhì)組成的組次卣酸、卣素釋放化合物、卣代氨基磺酸鹽、二氧化氯、臭氧、過氧化合物、二溴次氮基丙酰胺、異噻唑啉、四元化合物、戊二醛、三溱、表面活性劑環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚物和多烷基糖苷。19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，被加到所述水系統(tǒng)的所述化學(xué)物質(zhì)是可與存在于所述水系統(tǒng)中的生物材料起反應(yīng)的熒光染料。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述熒光染料選自由刃天青和試卣靈組成的組。全文摘要一種通過使用固態(tài)熒光計(jì)監(jiān)控和控制被加到和存在于水系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)的濃度的方法。通過使用固態(tài)熒光計(jì)來監(jiān)控和控制存在于水系統(tǒng)中的生物材料。文檔編號(hào)G01N21/76GK101184987SQ200680014444公開日2008年5月21日申請(qǐng)日期2006年4月26日優(yōu)先權(quán)日2005年5月2日發(fā)明者羅伯特·L·韋特格魯夫,羅德尼·H·班克斯申請(qǐng)人:納爾科公司