專利名稱：確定固/液相的方法
技術領域：
本發明提供一種確定水溶液是固相還是液相的方法。
更準確說，本發明涉及一種確定包含至少一可能最少水量的物質的液態或固態的方法。
背景技術：
現有很多種類的方案，其中很重要的是了解包含最少水量的物質是固態還是液態，或更準確說，包含在物質中的水部分是液態還是固態，還是水在固態與液態之間的轉換狀態。
其中做出這種確定十分重要的一個領域是在冬季監測道路的狀態。
眾所周知，在低于冰凍溫度的時候，可能發生對于道路的適當養護，使用高或低濃度的氯化鈉水溶液，較少用其他鹽的水溶液。
在這樣的噴灑后，很重要的是，該適當養護能夠定期檢查水溶液處于液體形式，以防止在路面上形成冰或霜的風險。
不用說，形成霜或冰的風險各路面區域有很大的不同。因此，探測是否所噴灑的水溶液已在局部轉變為固態是很重要的，尤其是對于道路安全。
對這種可能出現情況的清楚的手工或視覺檢查費工、費錢，并且具有隨意性。
僅僅是統計上的或地理意義上太過局部的檢查造成遺留非常危險道路部分的風險。
而且，當這些檢查不得不在較差的燈光條件下進行時，視覺檢查的效果就比較差。
因此，存在對于技術的切實需求，特別是但不限于檢查冬天道路的狀態，使其能夠確定包含水的物質的固液狀態，特別是利用不依靠視覺觀察、手工檢查的方法，或者進行在地理上過于局部或無法代表道路的測量。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種確定滿足上述條件的水溶液，或更通常地一種包含水的物質，是固相還是液相的方法。
為實現此目的，本發明的確定水溶液固/液相的方法的特征在于，其包括下列步驟 a)使所述水溶液被一束光子照射； b)在每厘米((^12500至4000的波數范圍內記錄被所述溶液散射的光子的拉曼光譜； c)進行所述記錄，以由此推導出所述水溶液的固/液相。
顯然，實現該方法的設備僅包括光子源、拉曼光譜儀和信息處理設備。
由此導致的結果是，不需要在實現該方法的設備與被確定相的物質之間有任何接觸。
由此導致的另一結果是，實現該方法的所有設備可相對于該待查物質或相對于該物質放置的支撐物移動。
由此導致的最后一結果是無論該物質的外部條件如何，都可做出此確定。
在如上所述檢查道路狀態的情況下，所有的必要設備都可放在沿路移動的車上。
當檢查冷凍食品時，該食品可位于傳送帶等上，實現該方法的設備靜止。
在該方法的一優選實施例中，為實現步驟C) ·限定作為所述范圍中波數函數的拉曼強度的曲線；和 ·基于對應于該水溶液的OH鍵的對稱性伸展的波數子范圍中與對應于該水溶液的OH鍵的非對稱性伸展的波數子范圍的拉曼強度之間的至少一個差異推導出所述水溶液的固/液相。
在該方法的一個實施例中，為實現步驟C) ·限定作為所述范圍中波數函數的拉曼強度的曲線； ·對于所述溶液確定兩個特定波數； ·計算表示對應于所述兩特定波數的拉曼光譜上的點的量值間的比，以獲得對于所述溶液的相比；和 ·將所述相比與作為溫度函數的所述相比的基準曲線進行對比。
在該方法的第一實施例中，該相確定方法的特征在于，為了確定所述相比的基準曲線 ·記錄在所涉及范圍內作為波數函數的不同溫度下所述溶液的拉曼強度的曲線； ·對于各曲線確定對應于兩個特定波數的拉曼強度，并計算這些強度的比，以獲得各溫度的基準相比；和 ·限定作為溫度函數的所述基準相比的曲線。
在該方法的第二實施例中，該相確定方法的特征在于，為了確定所述相比的基準曲線 對于各曲線，確定對應于所述兩特定值的曲線的點，計算由所述點附近處的曲線所限定的面積，計算這些面積的比，以獲得對于各溫度的基準相比；和 ·限定作為溫度函數的所述基準相比的曲線。
該相確定方法的特征優選為，選擇所述兩個特定波數，以使一個所述波數在對應于OH鍵的對稱伸展的波數子范圍中選擇，另一個在對應于OH鍵的非對稱伸展的波數子范圍中選擇。
該方法可應用于很大數量的水溶液，特別是其中包括氯化物、醋酸鹽、甲酸鹽、尿素，或這些鹽的部分或全部的混合物。
更通常地，本發明應用于任何當溶于水中時產生陰離子的物質。
本發明的第二個目的是提供以上限定的用于確定道路狀態的方法在其不同變例中的應用或使用。
此檢查方法的益處已在上文中解釋。
本發明的第三個目的是提供以上限定的檢查食品冷凍狀態的方法的應用或使用， 特別是產生鹽水的食品，但不限于此。
通過檢查包含在食品中水的固相或液相，可確定其冷凍狀態。這在經濟和技術上是可行的，特別是該方法是非破壞性的，并可穿過食品包裝進行。
本發明的第四個目的是提供為探測傳送包含至少部分的水的物質的管道中冰的出現或存在的方法的應用或使用。
本發明的其他特征和優點通過閱讀以下本發明幾個作為非限定例子的實施例的描述變得更加明顯。
本說明書參照附圖，其中 圖1是顯示水溶液的拉曼光譜的一例子的曲線； 圖2顯示使用于本發明的方法中的一基準曲線的例子； 圖3顯示對不同波數所確定的純水的三個基準曲線； 圖4顯示對于60克/升(g/L)NaCl溶液的基準曲線； 圖5顯示實現本發明方法的設備的一個例子； 圖5A顯示使用于所述設備的工藝回路；和 圖6顯示氯化鈉、醋酸鉀水溶液以及液相和固相尿素的拉曼光譜。
具體實施例方式如上文所解釋的那樣，本發明的方法使用拉曼光譜測定法。
此技術本身已眾所周知，因此無須詳細描述。
可簡述其大致的原理。
當一樣本施加于一單電磁波時，光的一小部分被散射。
散射光的頻率分析顯示出作為入射光的相同波長(彈性散射)的組分和包含與入射波束不同波長(非彈性散射)的組分。
此第二組分用于拉曼光譜測定法。散射光束的拉曼光譜表示該電磁光束所應用的媒介的特征。
確定完全確認的水溶液的固相或液相的方法描述如下。
實施該方法包括構建基準曲線的初始步驟，隨后是確定所測物質的真實液相或固相的步驟。
圖1顯示在給定溫度的待確定相的溶液的拉曼光譜；橫坐標軸表示波數，縱坐標軸表示拉曼強度。
波數的整個范圍PL，從2500CHT1延伸至4000CHT1，可分為兩個子范圍PL1和PL2,分別對應于水的OH鍵的對稱伸展，其表示固態，和水的OH鍵的不對稱伸展，其表示液態。
在子范圍P1中第一波數S1和在子范圍P2中第二波數&被選擇。
可基于基準曲線做出的辨別通過適當選擇波數S1和&對而得到改進。
對于波數S1和S2,在曲線S上對應點P1和P2。與各點P1和P2相聯系的是代表其拉曼強度的量值。對于點P1和P2附近的一限定的曲線部分，這可以是強度自身I1或I2，或曲線S和橫坐標軸之間的面積A1或4。在所表示的幅度之間的相比于是被計算出。
I1(T)A1(T) Rp(T) = ^l-or Rp(T) = -^l-
丄I)八I 對于所涉及溫度范圍中不同的溫度實施相同的操作。
基準曲線Ck(T)可通過沿橫坐標軸標繪溫度T和沿縱坐標軸標繪相比艮而繪制。
圖2顯示對于待確定相的水溶液的基準曲線Ck的例子。
在此圖中，可以看到曲線Ck的包括對應于固態的第一部分&，對應于液態的第一部分&，和對應于固/液轉換的中間部分 圖3顯示對應于僅水的特殊情況下相同水溶液的基準曲線CK1、CK2、CK3。
通過計算面積A1 (3，080CHT1 至 3，200cm_1)和 A2 (3，300cm_1 至 3，420cm_1)的比確定曲線 CE1,Rpο 曲線 CE2,Rp 由面積 A1 (3，080cm_1-3, 200cm_1)和 A2 (3，350cm_1-3, δΟΟαιΓ1)計算。
曲線CE3> Rp通過分別對應于S1 = 3，135cm"1和S2 = 3，425cm—1的強度I1和I2計算。
注意無論使用什么方法來確定基準曲線，所有獲得的曲線都具有大致相同的形狀。
在建立對應于待測水溶液和所涉及溫度范圍的基準曲線Ck之后，水溶液的液相或固相在原處通過記錄該溶液的拉曼光譜而被確定。從該光譜記錄，特別針對該溶液的相比 &被計算，自然同時使用與建立基準曲線Ck相同的參數(相同WS1和&值，強度或面積的使用)。
通過繪制以此方法在基準曲線Ck上確定的相比&的值，可推導出該水溶液是液相、固相還是轉換相。
在上文的描述中，該確定水溶液的相的方法的不同步驟得到解釋。
該方法包括準備基準曲線Ck的初始步驟和與待測水溶液的例子相關聯的測量步驟。
該初始步驟并不需要接近待測樣本。其足以用于與待測溶液相同的水溶液樣本。
如果涉及該確定步驟，這需要獲得樣本的拉曼光譜，用于通過該獲得的光譜的數學和邏輯方法進行測試。這因此無須與測試水溶液接觸，也無須該溶液的任何特殊條件。
本發明的方法因此在使用上更具靈活性。
作為非限制性示例，以下是對噴灑在路面上的防結冰物質(例如NaCl)水溶液的相確定設備的描述。
如圖5中所示，該設備包括車輛10，車輛10具有安裝在其側面并朝向路面14的拉曼探針12，待測水溶液噴灑在路面14上。探針12通過光纖16連接到儀器18上。
該儀器可包括一激光源20和與光纖16相連的拉曼光譜儀22。光譜儀22向處理單元M發送信息，該信息對應于連續建立的拉曼光譜。信息捕捉瞬間可由處理單元M自動產生。
處理單元M與存儲涉及基準曲線Ck、波數S1和&數據的存儲器沈以及處理所接收的拉曼光譜的軟件相關聯。
對于各所接收的光譜，計算出相比&，并將基準曲線與所計算的相比&進行對比， 以推導出水溶液的相。一顯示屏觀可使操作者看到結果。這些結果可同等地構建用于另一裝置或方法的控制數據，并可因此輸入那些裝置或方法的控制回路。
當然，該方法的使用可設想不同于上述內容。它們可依靠確定物質，特別是水溶液的固相或液相，只要該物質包含足夠量的水。
如上文所述，該方法可在上文限定的意義中應用于眾多的水溶液中的鹽。
為說明這些可能性，圖6顯示三個拉曼光譜SA、SB和SC，分別對應于氯化鈉、醋酸鉀和尿素。對于每種鹽，提供了液態中拉曼光譜I的例子和固態中拉曼光譜II的例子。
權利要求
1.一種確定水溶液的固/液相的方法，其特征在于，其包括以下步驟a)使所述水溶液受到一束光子照射；b)在從2500CHT1至4000CHT1的波數范圍內記錄由所述溶液散射的光子的拉曼光譜；和c)處理所述記錄以從中推導出所述水溶液的固/液相。
2.如權利要求1所述的相確定方法，其特征在于，為實施步驟c) 限定在所述范圍中作為波數函數的拉曼強度的曲線；和 基于對應于該水溶液的OH鍵的對稱性伸展的波數子范圍中與對應于該水溶液的OH 鍵的非對稱性伸展的波數子范圍中拉曼強度之間的至少一個差異推導出所述水溶液的固/ 液相。
3.如權利要求1或2所述的相確定方法，其特征在于，為實施步驟c) 限定作為所述范圍中波數函數的拉曼強度的曲線； 對于所述溶液確定兩個特定波數； 計算表示對應于所述兩特定波數的拉曼光譜上的點的量值間的比，以獲得所述溶液的相比；和 將所述相比與作為溫度函數的所述相比的基準曲線進行對比。
4.如權利要求3所述的相確定方法，其特征在于，為了確定所述相比的基準曲線 記錄在所涉及范圍內作為波數函數的不同溫度下所述溶液的拉曼強度的曲線； 對于各曲線確定對應于兩個特定波數的拉曼強度，并計算這些強度的比，以獲得各溫度的基準相比；和 限定作為溫度函數的所述基準相比的曲線。
5.如權利要求3所述的相確定方法，其特征在于，為了確定所述相比的基準曲線 對于各曲線，確定對應于所述兩特定值的曲線的點，計算由所述點附近處的曲線所限定的面積，計算這些面積的比，以獲得對于各溫度的基準相比；和 限定作為溫度函數的所述基準相比的曲線。
6.如權利要求1-5中任何一項所述的相確定方法，其特征在于，選定所述兩個特定波數，以使所述波數中的一個在對應于OH鍵的對稱性伸展的波數子范圍中選擇，另一個在對應于OH鍵的非對稱性伸展的波數子范圍中選擇。
7.如權利要求1-6中任何一項所述的相確定方法，其特征在于，所述水溶液包含從包括氯化物、醋酸鹽、甲酸鹽、尿素或所述鹽的混合物的組中選擇出的鹽。
8.如權利要求1-6中任何一項所述的相確定方法，其特征在于，所述水溶液包含在溶解于水中時產生陰離子的任何物質。
9.如權利要求1-8中任何一項所述方法的應用，以探測道路上水的存在及其液相或固相。
10.如權利要求1-8中任何一項所述方法的應用，以檢查食品的冷凍狀態。
11.如權利要求1-8中任何一項所述方法的應用，以探測傳送包含至少一部分水的物質的管道中冰的出現或存在。
全文摘要
一種確定水溶液的固/液相的方法，其包括以下步驟a)使所述水溶液受到一束光子照射；b)在從2500cm-1至4000cm-1的波數范圍內記錄由所述溶液散射的光子的拉曼光譜；和c)處理所述記錄以從中推導出所述水溶液的固/液相。
文檔編號G01N21/65GK102187204SQ200980141471
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月16日 優先權日2008年10月17日
發明者伊瓦納·杜瑞科維基, 馬里奧·馬爾切蒂, 雷米·克拉夫利-羅斯拜德, 吉恩·利威特, 帕特里斯·博森, 馬克·馮塔納, 吉恩-瑪麗·查索特 申請人:梅茨·保羅·魏爾倫大學