TW507069B

TW507069B - Modular fluorometer and method of using same to detect one or more fluorophores

Info

Publication number: TW507069B
Application number: TW090110313A
Authority: TW
Inventors: Jeffrey P Rasimas; Michael J Fehr; John E Hoots
Original assignee: Ondeo Nalco Co
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2002-10-21
Also published as: EP1297324A1; AU5379301A; EP1297324A4; WO2001084125A1; AU2001253793B2; US6369894B1; AR028065A1; ES2271003T3; DE60120975T2; DE60120975D1; JP2011185954A; ATE331217T1; MXPA02010506A; EP1297324B1; CA2405474A1; JP5280492B2; JP2003532113A; CA2405474C

Description

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

發明範1 概略而言本發明係有關監視天然或工業用水系統添加物的存在或濃度之監視裝置及監視方法。特別本發明係關於一種模組螢光計，其可用於偵測一或多種來自天然或工業用之水系統之水中螢光基團。發明背景於工業用水系統或於水文一般已知使用螢光基團。已知於工業用水系統使用惰性螢光示蹤計來測定液壓耗損。此外，也已知使用螢光示蹤計來控制循環水或一次流經冷卻用水之添加物或產物劑量（參考美國專利第4,783,3 14 號）。此種方法中，螢光示蹤計係以示蹤計對添加劑之已知比例組合一或多種添加劑，然後將混合物添加至冷卻系統用水。然後螢光計用於偵測冷卻用水之螢光示蹤計的存在及濃度’因而偵測添加劑的存在及濃度。

螢光計是一種分析裝置，其主要包含光源、選擇預定激發波長範圍之裝置、試樣光電管、選擇預定發光範圍之裝置、以及偵測器。分光螢光計是—種特定類型的營光計’此處激發及/或發光波長範圍之選擇裝置係藉光柵進行。光柵絲將連續光分散成為其各別成份。AS營光計可再分成掃描分光螢光計；其使賴械手段基於光拇相對於激發光源及/或發光的相對位置而掃描波長光譜（如此描述標準實驗室模式螢光計）；或固定式分光螢光計，此處光柵係相對於發光固定。然後發光（螢光）係針對伯測器陣列。侧器陣列可為電荷麵合裝置，通常縮寫A「C

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱 l!^_w^ 訂---------線®- 二 I | % (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（2) 或偵測器陣列可為光電二極體。然後偵測器於適當波長單位杈準。商用裝置例如得自海洋光學公司（得自得思代爾 (Drysdale)集團公司，俄亥俄州，辛辛那提45244，郵政信相44055，（513) 831-9625)。此型固定式分光螢光計仍然 : 要求適當激發波長選擇裝置其可為掃描光栅或濾波器。於現場條件下最適合使用之螢光計並非光栅分光螢光計，反而為以濾波器為基礎的螢光計。以濾波器為基礎的營光計使用渡波器來排除選定波長範圍以外的全部波長。大半目前可利用的以濾波器為基礎的螢光計有一個通道，而此通道含有光學適當光電管。光源及光學激發濾波器設置於光學適當光電管及發光债測器一側，發光濾波器係設置於光學適當光電管對側參考偵測器可視需要存在。由於螢光為各向同性，故大部分螢光計偵測與光源夾角90度之螢光基團發射的螢光，俾將任何偽激光集合減至最低。激光濾波器讓選用的激光波長範圍之光通過濾、波器而進入光電管内部。當進行離線分批試驗時，來自天然或工業用水系統之水試樣被放置且盛裝於光學適當光電管。當進行線上測試時，水試樣流經光學適當光電管。光被水試樣存在的螢光基團所吸收，而其又發出具有與激光相同或更長波長的螢光（後文稱作螢光信號）。發光濾波器位於發光偵測器與光學適當光電管間，發光濾波器係選擇僅允許螢光基團發射的光（螢光基團之螢光信號）通過濾波器至發光偵測器。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 507069 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（。）目前可利用之以濾波器為基礎的螢光計限制為其大 F刀白可價測單一螢光物種。原因在於使用光電二極體要求使用特別設計允許單一螢光基團發射的螢光信號通過的發光渡波器。夕個螢光基團物種的偵測相當重要，原因在於經常需要添加多種添加劑或化學品或惰性螢光示蹤計至工業用水系統。另一項需要可測量多於一種螢光信號之螢光計的理由為，某些非惰性螢光基團發射的螢光信號設計成可回應於與工業用水系統之其它成份交互作用而改變。因此分析單螢光基團發射的不同螢光信號，要求使用多種目前已知螢光計。使用多種目前已知螢光計之成本高且經常並非此種辦法之實際可行現場可接受的解決之道。若干其它此種問題之實用解決之道描述於後文。已知螢光計其為「多信號-偵測器-單通道」螢光計。此種螢光计有單一通道而帶有多於一組光源/濾波器/偵測器，如此可於水試樣測量多於一種螢光信號。其中一種此種類型之「多信號-偵測器-單通道」螢光計包括光電二極體陣列，而非各別光電二極體。問題為光電二極體陣列當用於產業環境例如冷卻水塔或鍋爐水系統時昂貴且脆變。如此許多工業用水系統之操作人員猶疑而不願意使用如此昂貴且脆變的裝置片段於危險環境。結果某些情況下，操作員被迫使用多種不同螢光計用於單一工業用水系統。此本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------- I --------訂---------線 ··:- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 507069 A7 B7 4 五、發明說明（種方法不利之處在於所需螢光計之大小、成本且體積龐大〇特定類型「多信號-偵測器·單通道」螢光計述於「細胞及顆粒分析及分選用改良多雷射/多參數流量細胞計」，作者Steinkamp等人科學儀器綜覽，（1991), 62(h)，2751-64 。其中所述螢光計要求昂貴且脆性組件。因此此種螢光計不實際或不適合供現場工作。使用此等可利用之以濾波器為基礎之螢光計之實際困難之處在於其僅可測量其架設欲測量的對象，且一旦架設光源、偵測器及濾波器，則需耗費相當時間及勞力才能變更任何元件讓該螢光計可測量於其它光波長的螢光信號由於現有螢光計之缺點，結果需要有一種改良螢光计其可使用單一裝置偵測一或多種螢光基團，具有螢光計操作裝置上快速變更能力，因此可偵測預定螢光信號。進一步，需要有一種於利用此種單一螢光計系統偵測一或多個螢光基團之方法。發明概要本申請專利之發明之第一特徵方面為一種模組螢光計包含：一或多個單元而各個單元包含：個通道包含光學適當光電管，水試樣流經該光電光源設置於光學適當光電管外側； -------------· I I I I--—訂-----I I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製管； 507069

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製二個參考偵測11設置於光學適當光電管外側：個發光谓測器設置於光學適當光電管外側； -個視需要之發光遽波器設置於發光制器金以適當光電管間；、 *其中若多於-個單元存在於模組榮光計，則水制 :經其中的光學適當光電管對準因而僅存在有—條水試指 Μ過其中之通道於螢光計。本請求專利發明之第二特徵方面為一種_水試樣 =有-或多個螢光基團物種之方法，其中各該螢光基團 ^種於使料同激光光譜界定之光照明後發射不同發射光譜之光，該方法包含下列步驟： a)提供本申請專利發明之第—特徵方面之模組營光計 ’其中雜組f光計具有足量單元可制於該水試樣中各個榮光基團物種的存在；其移動包含螢光基團之水試樣通過各別光學適當光電 0於各單元使用各別光源照明水試樣； #於各單元使用各別發光_器經域測發射光譜而偵測各螢光基團物種。 /本申請專利發明之第三特徵方面為一種控制工業用水系統之方法，該方法包含使用本發明之第一特徵方面模組螢光計，其中該模組螢光計進一步包括一個控制器之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐

11' -1 ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 507069 A7 B7 五、發明說明（6 ) 該控制，包含隔離之類比輸入端，故控制器可使用由模組螢光十提供的且有其它分析裝置輸入的測量得的螢光信號而控制工業用水系統。 D1 圖式之簡！說明^ 第1圖為根據本發明製造之模組螢光計之一單元之分 : 解視圖。第2圖為根據本發明製造之模組螢光計之分解視圖，此處存在有四個單元。第3圖為本發明之控制系統之示意說明圖，其中控制器於本圖顯示為「黑箱」。第4圖為根據本發明製造之模組螢光計之一個單元之第二具體實施例之分解視圖。第5圖為「使用二螢光計信號之模組螢光計先進控制」作圖，其y軸標示為「螢光濃度，ppm」以及乂軸標示為「時間」。較―隹具體實施例之詳纟m轉明本案全文下列術語帶有指示意義：「螢光基團」為：一種分子其當吸收能量光子（h〉）時，結果導致電子由分子電子基底態（Sq)提升至電子激發悲（S !或S2或S3 )以及隨後鬆弛至激發態1之最低振盪態，發射能量「E」光子h ^，該能量光子之能量係低於吸收的能量（但波長較長）。注意此項關係可使用不等式說明： E(吸收）>E(營光）。此種能量發射結果導致分子電子態返回基底悲（S〇)。整體過程結果導致螢光光子於各向同性方向發本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------· I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 507069 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7) 射可由螢光汁偵測的螢光基團須可吸收於2〇〇亳微米至、、勺1200¾微米波長之激光，而以比較激光更長的波長發光〇「惰性」表示惰性螢光基團不受冷卻水系統之任何化學或其它系統的參數例如冶金組成、微生物學活性、殺生物劑浪度、加熱變化或整體熱含量的可察覺或顯著影響。為了將「不受可察覺或顯著影響」以量化表示，此項‘ 述表示惰性螢光基團於正常冷卻水系統遭逢之條件下，其 f光信號之改變不大於1〇%。冷卻水系統通常遭遇的條件為冷卻水系統業界之熟諳技藝人士已知。「各向同性」表示若一個部分被視為點光源，而激光被導向該部分，則於36〇度同等發射螢光，實際上形成三度空間球體。由於榮光的各向同性分布，故螢光信號集合通常相對於激發（光子）來源夾角9〇度，俾讓收集的光子 (光）其促成激發（光子）光源減至最低。如此也有助於將光散射減至最低。「nm」表示宅微米；為ι〇-9米。本發明對先前技藝提供之改良之處在於提供強勁、製造上不昂貴且紐小的模組螢光計，其可由相同水試樣偵測1至16種不同螢光基團。此等模組螢光計包含一或多個單元，而各個單元包含：一個通道包含光學適當光電管，水試樣流經該光電管；一光源設置於光學適當光電管外側；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I. · I --------訂---------線. -- - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 507069 A7 B7 五、發明說明（個視需要激發的濾波器設置於光源與光學電管間；適當光經濟部智慧財產局員工消費合作社印製一個參考偵測器設置於光學適當光電管外側；一個發光偵測器設置於光學適當光電管外側；一個視需要之發光濾波器設置於發光偵測器與光學適當光電管間； f 其中若多於一個單元存在於模組螢光計，則水試樣流經其中的光學適當光電管對準因而僅存在有一條水試樣流過其中之通道於螢光計。參照第1圖，以分解視圖說明模組螢光計單元1〇，其包括一片印刷電路板總成12其係連結至控制器14(參考第3 圖）。印刷電路板總成12包括一個開口 16 ,其容納一個本體18。本體18包括一個通道2〇用以容納光學適當光電管22( 也參考第2及4圖）。水試樣通過通道2〇流入光學適當光電管22内部。印刷電路板（PCB)總成可由印刷電路板及螢光計業界熟諳技藝人士製造。此種裝置有用的印刷電路板總成需製造成可讓螢光計各組件供電，該總成包括激發光源之驅動器以及放大器，俾執行電流至電壓轉換以及來自光電偵測器的信號放大。操縱信號以及與信號振幅通訊的電路也整合至印刷電路板。可含括額外測量溫度電晶體及/或流量開關狀態之電路。本體18包括4個側面開口 24(於第1圖僅可見2個開口） ’側面開口24為共面且彼此以90度角取向用於容納光源26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 I------------裝--------訂---^-------線 ί請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁} B7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（9) 、乡考偵測器28以及二發光偵測器3〇，如第i圖所示。由於僅而個發射偵測器3 0，故模組螢光單元10J之替代具體實施例亦屬可能且顯示於第4圖。第4圖中，此種配置顯不為包括一個發射偵測器及另一組件例如溫度感應器32。光源26較佳為發光二極體可罩於軸襯34内部，軸襯係肷合於其各別側面開口24内側。激發濾波器選擇性含括於此種配置。第1圖中，激發濾波器36係設置於光源26與光予適當光電管22間。軸襯34係利用固定螺絲3 8而夾持定位。發光二極體（LED)市面上得自尼曲（Nichia)公司，美國賓州17554蒙特維耳，漢普蘭路3775號’（717) 285·2323 〇若光源26之光譜範圍夠窄或為單色光譜，或螢光基團行程遷移夠大，故介於光源之激發光譜與螢光基團之發射光譜間並無光譜重疊，則激發濾波器36可視需要而存在。單色光源可為雷射。雷射於市面上得自尼取公司。參考偵測器28設置於光學適當光電管22外側。較佳參考偵測器28係直接對準光源26對側。第二軸襯40用來將參考偵測器28夾持於側面開口 24内側定位且w比鄰於光學適當光電管22。第二根固定螺絲38α將第二軸襯40夾持定位。發射偵測器係設置成相對於光源26及參考偵測器28共面位置。較佳發射偵測器30相對於光源26以及相對於參考债測器2 8係以2度至17 9度夾角設置。較佳發射i貞測器3 〇係相本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 -------!4^衣--------訂---------.ΜΨ -* - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 斯069

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製對於光源26及參考偵測器28以約9〇度角設置。偵測器⑽藉第三軸襯42固定於側面開口24内側。光學濾波器料係設置於各偵測器30與光學適當光電管22間。第三根固定螺絲 38B將第三軸襯42夾持定位。參考偵測器及發射偵測器較佳為光電二極體，其於市面上得自濱松公司，紐澤西州08807，橋水三角路36〇號，（800) 524-0504 。 ^ 須注意如第4圖所示，可採用單一偵測器3〇而與第i 圖之雙重偵測器配置相反。如第4圖所示，於採用單一偵測器30時，剩餘側部開口 24保持未使用或可容納溫度感應器3 2或其匕組件。於第4圖，第四軸襯私用來將溫度感應器32灸持於側部開口24内部定位。第四固定螺絲服用來將第四軸襯46固定定位。共同參照第1及4圖，扣件48、墊圈A 50及插件52用來將印刷電路板總成12牢固固定於本體18。較佳具體實施例中，扣件48為螺絲，而參考偵測器28及發射偵測器3〇為光電二極體。溫度感應器可為任一種市售溫度感應器。較佳狐度感應器32為電晶體。電晶體於市面上得自迪吉奇 (Digi-key)公司，明尼蘇達州567〇1_〇677燭花河瀑布，南布魯克大道701號，（800) 344-4539。如第2圖所示，第丨及4圖顯示之模組螢光計單元可匕隹且而形成可母次一個或同時偵測1至16種不同螢光基團物種之模組螢光計6〇。16種不同螢光基團物種的極限在於約200亳微米至約12〇〇毫微求之激發波長及發射波本紙張尺規格⑵〇 x 297公髮） --------------^--------^---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)

、發明說明（ 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製盍光譜實際上最多僅能分解成約16個分開節段而可分別使用本營光計偵測。如第2圖所示，第一模組螢光計單元1〇a、第二模組螢光計單元i〇b、第三模組螢光計單元10c及第四模組螢光計單TLlOd彼此向上堆疊。第一模組螢光計單元1〇a、第二模組螢光計單元10b、第三模組螢光計單元l〇c及第四模組螢光計單元i〇d皆含有二發射偵測器30，各發射偵測器3〇係位於光學濾波器44後方。各光學濾波器44允許具有不同最大波長的不同光譜通過光學濾波器44至發射偵測器3〇，因此模組螢光計60可偵測8種不同螢光基團。如此第2圖顯示之具體實施例依據使用的特定排列決定，可偵測1至8個不同螢光基團。例如使用相同模組螢光计測量兩個螢光基團，要求各螢光基團之激發光譜類似。當然額外分子螢光計單元丨〇可增加至模組螢光計6 〇俾增加模組螢光計60可偵測的螢光基團物種數目。濾波器單元係以適當扣件（圖中未顯示）安裝於控制器 14。氣密墊（圖中未顯示）設置於模組螢光計6〇與控制器14 間。控制器14可得自特克諾瓦（Tecn〇va)伊利諾州6〇〇31，革尼聖保羅大道1486號，（847) 662-6260。模組螢光計60進一步藉通訊電纜（圖中未顯示）連結至控制器14，如此讓控制器14可於各個模組螢光計單元⑺作電子通訊。須選擇適當通訊協定俾操作模組螢光計6〇。適當要求通訊協定包括但非限於rS_232，&，CAN，TCp/Ip I. »I --------^---^------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ,yJOy A7 '_____B7 ____ 五、發明說明（12 ) 及標準RS-485串列通訊協定。較佳通訊協定為仏485串列通訊協定。於模組營光計60與控制器_也可使用無線通訊協定。其中一種適當無線通訊協定為藍芽。與模組螢光計60所含模組螢光計單元1〇數目無關， • 各個模組螢光計單元係使用通訊纜線（圖中未顯示）串聯連結’通訊纜線係於連結埠112連結至印刷電路板12。第顯不其中-種可能g己置’含括4個模組螢光計單⑽ 、l〇c及10d。各個模組螢光計單元1〇a、1〇卜i〇c及丨⑽串 P連’Ό至單if 覓線（圖中未顯示）。通訊繞線附接至第連結淳112a、帛二連科11213、帛三連科丨及第四連結埠㈣。如前述，通訊纜線的末端為控制器14輸入端之一。於對模組螢光計60考慮之所有案例中，用於將各模組螢光計單元12連結至控制器14之通訊纜線（圖中未顯示）對各個存在核組螢光计單元含有一個連接器（圖中未顯示）及另-個連接器（圖中未顯示）俾連結通訊I線與控制器14於車乂佳配置中，模組營光計6〇係由*個模組榮光計早το 12組成’通訊纜線（圖中未顯示）有$個連接器（圖中未顯示）。一第2圖中，第―模組榮光計單itlGa、第二模組營光計單元10b帛_；^組螢光計單元⑽及第四模組螢光計單元〇d係夾置於上设體54與下殼體洲。光學適當光電管22 各自父叉上殼體54與下殼體56。為了保護模組螢光計的之各個電組件，一次封顯示於62以及二次封顯示於64。一次本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 x 297公釐)------ -15 - -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 507069 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（13) 封62及二次封64藉氣密墊66夾持定位。設置〇形環98用以介於固持器58與上殼體54間形成封。通道20A至通道20B係由頂至底前進通過整個模組螢光计60。上通道20A交叉上殼體54。下通道20B交叉下殼體56 〇光學適當光電管22存在於各個模組螢光計單元。配接板70設置於模組螢光計單元丨“與丨⑽、1扑與1心及l〇c與10d間。封（顯示於72)係設置於第一印刷電路板心、第二印刷電路板12b、第三印刷電路板12c及第四印刷電路板12d之任一側，俾提供印刷電路板與上殼體、下殼體56或配接板70間之封。設置止回閥74允許導入清潔及/ 或校準流體。模組螢光計60藉多根螺紋扣件76固定在一起。母螺、文件80用於牛固固定固持器58背向上殼體^。螺紋短柱^ 用於牛固固定模組螢光計6〇至控制器14(參考第⑴圖）。一上通道20A通過流光電管82，該光電管藉第一〇形環84 而密封於固持為58内部。珠86設置於流光電管^内部。較朱係由鑛銻銅製成。第二〇形環88用於封閉母螺紋件队、口持裔58底側。塾圈B(顯示於9〇)係設置於螺紋扣件 ’、上二體54間。螺紋扣件76係連結至螺紋插件％。第2圖顯示之模組螢光計之構造可藉多種方法及具體貫施例達成，而其中僅有一者係顯示於第2圖。較佳配置係如第3圖舉例說明，此種配置中，流光電管82及珠86 於螢光计倒立時將不允許流體適當流過螢光計。但若模組本紙張尺度適用中關家標?--- 111 ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（14 ) 螢光計60完全倒立或以〇度至36〇度間的任一種角度傾斜，則仍然可發揮功能，使用與重力無關的流量闊調節器。此種流光電管調節器為業界已知。轉向參考第3圖，如前述，模組螢光計6〇(於本圖顯示為「黑箱」）連結至控制器14。來自控制器14之輸出信號94 又連結至多個裝置，其包㈣其可控制冷卻系統或電活化閥。又製程水流122可於多點抽樣（標準為96a、9讣及96幻俾提供額外資訊給控制器14，此等資訊例如阳、總溶解固體量、導電率、或製程水之氧化-還原電位。除了由模組螢光計60提供之資訊外，此項資訊可有控制器14用來控制工業用水系統之水。於控制器14也設置彼此分開的多個類比輸入。此等輸入透過4-20毫安連結而提供其信號振幅。該信號由類比輸入讀取可用於控制器14之控制邏輯，俾提供額外控制程度給工業用水系統。較佳具體實施例中，控制器卞有卿不同的類比輸入端（圖中未顯示）。。如前段所述，控制器於4.2〇毫安通訊線有能力處理信號。此等信號無需來自螢光計而可來自其它分析裝置。因此控制器可處理來自測量系統因數之分析裝置之信號包括但非限於：；匕 pH ；導電率；氧化還原電位或「ORP」；物種之化學監視器例如鈣、鎂、總硬度、鐵、銅、本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

^--- 〈靖先閲讀背¾之注意事項再填寫本頁) · --線_ 17 507069 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15) 氣陰離子、硫酸根、錳、鋁、矽氧、鹼度及氨；額外處理活性物質之化學監視器例如分散劑聚合物、鋅、鉑酸根、碌酸根、縮合無機碟酸鹽、膦酸鹽及三峻類；濁度；總懸浮固體；製程滲漏；游離殘餘以及總氧化劑/鹵素/氯；水溫，於系統各位置之處理側溫度；於水側及/或處理側之流體流速；流體速度；水側及/或處理側之流體壓力以及差壓；化學存量/用量；化學泵送速率；吹下速率；補償水速率；腐蝕監視器；以及生垢/沉積物監視器；微生物指示劑；以及物質於水之光吸收。除了類比輸入外，控制器有足夠數目的類比輸出，故其除了螢光計外可控制其它設備。如此控制器可操作整個工業用水系統。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18 -------1.!丨--------訂--------- \ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 斯069 A7 B7 五 Λ發明說明（ 16 埘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製二次控制器98可視需要用於控制添加劑化學品添加至製程水之速率。二次控制器98若使用時也可連結至控制器14。較佳二次控制器98可控制惰性特瑟（TRASAR)系統 ’惰性特瑟系統於市面上係得自那可（Nalc〇)化學公司，伊利話州60563奈帕維爾那可中心1號，（63〇) 3〇5_1〇〇〇。如此本發明提供一種使用模組螢光計裝置偵測及監視於工業用水系統之多個螢光基團之存在之手段。有關可藉螢光計偵測之螢光基團之說明，須注意為了藉本模組螢光計偵測，螢光基團須可吸收約200毫微米至約1200¾微米波長之光而以略長波長發射。較佳螢光基團係吸收約350毫微米至8〇〇毫微米之光。各模組螢光計單元10短小、製造上價廉且強勁。於構成各模組螢光計單元1〇時，發射偵測器3〇較佳為光電二極體’光源26較佳為光電二極體’參考偵測器糾較佳為光電二極體。如第2圖所示，可堆疊⑴㈣間之任何數目核組榮光4單TL 1 〇，如第i及4圖所示，各個螢光計⑺包括一或二光學偵測器30。有關激發及發射裝置以及濾波it裝置之螢光計組合係屬於螢光計量術業界人士之技巧範圍内。本模組螢光計可用於來自任何水系統之水，包括天然水以及工業用水系統之水。工業用水系統包括但非限於冷卻水塔水系統（包括開放循環式、封閉式以及—次通過式系統）；油井，下孔岩層’地熱井及其它油田用途；納爐及鋼爐水系統；礦物處理水包括礦物洗務、浮選以及布本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格_ (210 χ 297公爱一 ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19

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施；造紙廠浸煮H、洗條器、漂白工廠及白水系統；紙聚業的黑液蒸發器；滌氣器及空氣洗滌器；冶金業的連續澆注方法；空調及冷;東系、統；工#及石油製程水；間接接觸冷卻水及加熱水例如巴氏滅菌水；水回收及純化系統；膜過濾水系統；食品加工流（肉、蔬菜、甜菜、甘蔗、穀物、雞肉、水果及大豆）；以及廢物處理系統以及澄清器，液-固應用，都市污水處理系統以及工業或都市用水系統本發明之第三特徵方面為一種控制工業用水系統之方法，包含使用模組螢光計，其中該模組螢光計進一步包含-部控制器，該控制器包含分開之類比輸入，故控制器可使用模組螢光計提供之其它螢光信號測量值以及其它類比輸入端俾控制工業用水系統。本螢光計及控制器可發揮控制冷卻水系統之功能，如美國專利申請案09/562,397號所述，名稱「控制矩陣用於冷卻水控制用途」，申請日2_年5月〗日尚在審查中，其全文以引用方式併入本文。本螢光計及控制器也可用於控制鍋爐，如美國專利申請案〇9/563,085所述及請求專利，名稱「控制矩陣用於鋼爐控制用途」’申請日2〇〇〇年5月1曰且於2000年12月再度提出申凊為美國專利申請案〇9/737,257號，尚在審查中，其全文以引用方式併入本文。 — 除刖述方法外，本發明之模組螢光計特別可用於進行審查中之美國專财請案所述及所請專利方法

本紙張尺度刺+關家標準規格⑵0 x 297公釐） nlll^w^--------—:-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 507069 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 18 五、發明說明（）用水系統固著於植物性微生物活性之測量與控制」，美國專利申請案第09/475,585號，申請日1999年12月30日，其全文以引用方式併入本文。當使用本模組螢光計進行美國專利申請案第09/475,585號所述且所請方法時，使用之模組螢光計單元可含有二發射偵測器，俾同時偵測來自反應及未反應營光發生染料的螢光信號；或至少須使用二模組螢光計單元’故一個模組螢光計單元可偵測來自未反應螢光發生染料信號，而另一者可偵測來自已反應螢光發生染料信號。下列實例用於舉例說明本發明以及教示熟諳技藝人士如何製造及使用本發明。本實例絕非意圖囿限本發明或其保護範圍。實例實例1 才示準貫驗至试驗冷卻水塔（PCT)配置成模擬輕工業冷卻系統操作。化學處理計劃係調配成含有典型冷卻水處理物種。此項計劃為50重量％水，4重量％磷基丁烷酸叛酸（鈉鹽），305重量％羥亞乙基二膦酸（鉀鹽），3重量❶/〇丙稀酸鹽/丙稀醯胺聚合物，3重量％甲苯基三唑（鈉鹽），〇·丨重量 %嵌二萘四磺酸（鈉鹽）及〇.05重量％螢光素（鈉鹽）之組合。此種溶液使用50%氫氧化鈉調整至PH丨3且未經進一步處理即供使用。PCT係於美國伊利諾州芝加哥操作。以龍頭水作為補充水源，濃度週期設定為維持4週期。本實驗使用之模組螢光計係由二模組螢光計單元以本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------------訂---------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 五、發明說明（I9) 及-控制器組成。第一模組螢光計單元係使用發光二極體 (LED)配置，發光係取中於365毫微米，電流1〇毫安。光學濾波器44用於選擇4G5毫微米之螢光發射，且隨後藉發射谓測器侧。此外，第-模組螢光計單元S己置有溫度感應器及參考偵測器。第二模組螢光計單元配備有發光二極體，發光係取中於450¾微米。第二模組螢光計單元使用光學濾波器選擇於515¾微米之螢光發射，隨後藉發射偵測器3〇偵測。第二模組螢光計單元也含有發射偵測器。二模組螢光計單元使用雙點常式校準，使用蒸餾水作為零點以及1〇〇 ppm化學處理溶液程式規劃作為高點。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製控制器配備有軟體分別測量各模組螢光計單元螢光。控制器也有足量類比輸入端/輸出端，故可基於藉第一模組螢光計單元測量得之嵌二萘四磺酸（鈉鹽）之螢光信號測量值使用50±1 ppm設定點，而提供化學產物加成至pcT的控制。化學產物程度係使用開/關策略控制，此處化學進給幫浦係藉模組螢光計控制器電控制。若測得之螢光信號落至 49 pmm以下，則當幫浦關閉時，化學進給幫浦被作動且操作至化學濃度達5 1 ppm為止。此外，模組螢光計控制器配置成可控制PCT的下吹泵送。若二螢光計量信號間之差異百分比大於15%則啟動（作動）下吹幫浦，而當差異小於15%時關閉幫浦。於系統下吹時，pct之水含量使用新鮮之加哥龍頭水作為補充水源維持固定水平面。因此當系統透過下吹幫浦向下吹送以及加入新鮮水時，由於冷卻水本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 22 507069

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（2〇) 被添加作為補償水的新鮮水稀釋，故預期存在於系統容積之螢光基團整體濃度下降。如此降低結果導致化學進料作動（嵌二萘四磺酸（鈉鹽）信號）而維持化學產物於50土1 ppm 。此種週期循環連續至到達適當控制程度為止。 PCT之控制顯示於第5圖。使用模組螢光計讓控制器可將第一模組螢光計單元信號以及第二模組螢光計單元信號二者維持控制於信號差異15%(信號2為信號1之85%)。於A點前方此乃冷卻水系統條件。於a點一整份i亳升i 〇〇 ppm漂白水添加至系統。如此添加耗盡藉第二模組螢光計單元測量的螢光素之螢光信號。於此點，螢光信號差異被迫大於15%，故作動系統之下吹幫浦。系統被下吹，線上化學進給控制於新鮮化學品添加至系統時維持產物濃度控制於50 士 1 ppm。於b點系統再度建立預定控制程度。於該點pct系統操作而維持螢光計量信號差異15〇/〇。須瞭解業界人士顯然易知對此處所述較佳具體實施例可做出多種變化及修改。此等變化及修改可未悖離本發明之精髓及範圍也未減低本發明伴隨之優點而完成。因此 ’預期此等變化及修改係涵蓋於隨附之申請專利範圍之範圍。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 23 507069 A7 B7_ 五、發明說明（21 ) 元件標號對照經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10，10a，10J...模組螢光計單元 12，12a-d…印刷電路板總成 14...控制器 16···開口 18…本體 20,20A-B...通道 22...光學適當光電管 24…側部開口 2 6…光源 28…參考偵測器 30...發射偵測器 32...溫度感應器 3 4…軸襯 3 6…激發滤波器 38,38A-C...固定螺絲 40··.軸襯 4 2…轴概 44·.·光學濾波器 46…軸襯 48·.·扣件 50…墊圈 52...插件 54...上殼體 56...下殼體 58...固持器 60…模組螢光計 62...—次封 64...二次封 66...氣密墊 68...0形環 70...配接板 72···封 7 4...止回閥 76…螺紋扣件 7 8...螺紋短柱 80...母螺紋件 82...流光電管 84...0形環 86·.·珠 88...0形環 90...墊圈 92...螺紋插件 94…輸出信號 96a-c...點 98...二次控制器 112，112a-d···連接器埠 122…製程水流 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24

Claims

507069 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍

修正日期：90年|及H ------------------I--------- C請先閲讀背面之注意事有再填窝本頁} 1 · 一種模組螢光計，其包含：從至少二個模組螢光計至不多於十六個模組螢光計單元，同時各個模組螢光計單元包含： (a) —個通道包含一光學適當光電管，水試樣流經該光電管； (b) —光源設置於該光學適當光電管外側； (c) 一個光學激發濾波器設置於該光源與該光學適當光電管間； (d) —個參考檢測器設置於該光學適當光電管外側訂丨， (e) —個發射檢測器設置於該光學適當光電管外側 ;以及 (f) 一個光學發射濾波器設置於該發射檢測器與該光學適當光電管間；其中經該水試樣流過之該等光學適當光電管對準 ’藉此僅有一條經水試樣流過之通道存在於該螢光計中〇 2·如申請專利範圍第1項之模組螢光計，其中該光源為一發光二極體。 3.如申請專利範圍第1項之模組螢光計，其中該參考檢測器及該發射檢測器皆為光電二極體，以及該發射檢測器相對於該光源及該參考檢測器係以90度角設置。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 25

、申請專利範圍 •如申睛專利範圍第1項之模組螢光計，其中該參考檢測器係對準該光源的正對側。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5·如申請專利範圍第1項之模組螢光計，其進一步包含一控制器。 6·如申請專利範圍第5項之模组螢光計：其中該控制器包含隔離類比輸入端，藉此該控制器可使用由該模組螢光計提供的螢光信號測量值以及其它類比輸入俾控制工業用水系統。 7·如申凊專利範圍第6項之模組螢光計，其中該工業用水糸統為冷卻水系統。 •訂丨 8· —種檢測於水試樣中存在有一或多個螢光基團物種之方法，其中各該螢光基圈物種於使用不同激光光譜界定之光照明後發射不同發射光譜之光，該方法包含下列步驟· a)提供一模組螢光計，該模组螢光計包含： :線— 從至少兩個模組螢光計單元至不多於十六個模組榮光計單元，同時各個模組螢光計單元包含： (i) 一個通道包含一光學適當光電管，水試樣流經該光電管； (Π) —光源設置於該光學適當光電管外側； (iii) 一個光學激發濾波器設置於該光源與該光學適當光電管間； (iv) —個參考檢測器設置於該光學適當光電管外側；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公嫠） 26

(V) —個發射檢測器設置於該光學適當光電管外側；〇i) 一個光學發射濾、波器設置於該發射檢測器與該光學適當光電管間；其中經該水試樣流過之該光學適當光電管對準，藉此僅有一條經水試樣流過之通道存在於該螢光計中; 其中δ亥模組螢光計具有足量單元可檢測於該水試樣中各個螢光基團物種的存在； b)移動包含該螢光基團之水試樣通過各別光學適當光電管； c) 以各單元之各別光源照I月該水試樣； d) 以各模組螢光計單元之各別發射檢測器，經由檢測發射光譜來檢測各螢光基團物種。 9·如申請專利範圍第8項之方法，其中該參考檢測器係對準於光源正對側，以及該發射檢測器係相對於該光源及該參考檢測器以90度角設置。 10·如申請專利範圍第8項之方法，其中該模組螢光計進一步包含一控制器。 11.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該控制器包含隔離類比輸入端及輸出端，藉此該控制器可使用藉該模組螢光計提供的螢光信號測量值以及來自其它分析裝置之輸入俾控制工業用水系統。 12·如申請專利範圍第U項之方法，其中該工業用水系統為冷卻水系統。 507069 、 A8 Μ Β8 ^ -* C8 W _ D8 六、申請專利範圍費-· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 13· —種控制工業用水系統之方法，其中於該工業水系統中之水包含一或多種螢光基團物種，其中各該螢光基轉物種於使用不同激光光譜界定之光照明後發射不同發射光譜之光，該方法包含下列步驟： a) 使用一模組螢光計，其中該模組螢光計包含從至少兩個模組螢光計單元至不多於十六個模組榮光計 _> 單元，同時各個模組螢光計包含： ⑴一個通道包含一光學適當光電管，水試樣流經該光電管； (ϋ) 一光源設置於該光學適當光電管外側； (出)一個光學激發濾波器設置於該光源與該光 « 學適當光電管間； (iv) 一個參考檢測器設置於該光學適當光電管外側； (v) —個發射檢測器設置於該光學適當光電管 • 外側；〇i) —個光學發射濾波器設置於該發射檢測器與該光學適當光電管間；其中經該水試樣流過之該光學適當光電管對準，藉此僅有一條經水試樣流過之通道存在於該螢光計中；其中該模組螢光計進一步包含一控制器；同時該控制器包含隔離類比輸入端及輸出端，藉此該控制器可使用藉該模組螢光計提供的螢光信號測量值以及來自其它分析裝置之輸入俾控制工業用水系統；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 28 507069

申請專利範圍 b) 移動包含該螢光基團之水試樣通過各別光學適當光電管； c) 以各單元之各別光源照明該水試樣； d) 以各模組螢光計單元之各別發射檢測器，經由檢測發射光譜來檢測各螢光基團物種；以及 e) 使用由該模組螢光計所提供之測量的榮光訊號以及來自其它分析裝置之輸入俾控制工業用水系統。 14·如申請專利範圍第13項之控制工業用水系統之方法，其中該工業用水系統為冷卻水系統。 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 29