TWI477760B - 一種量測水中成分及其濃度之變動光徑量測裝置及其量測方法 - Google Patents

Description

一種量測水中成分及其濃度之變動光徑量測裝置及其量測方

本案係關於一種量測裝置及量測方法，尤其，係關於一種以紫外光-可見光-近紅外線(UV-VIS-NIR)吸收光譜量測水質的裝置及量測方法，該量測裝置具有複數個量測位置以產生複數個光徑，該量測方法可經由多次稀釋來降低與去除懸浮顆粒濃度或濁度對於量測範圍與結果所造成之干擾。

一般水體之化學需氧量的量測方法是以重鉻酸鉀(Potassium bichromate)法與電化學量測法較為普遍。重鉻酸鉀法必須額外添加化學藥劑，而電化學量測法必須使用接觸式電極，這些皆會影響反應時間與系統的穩定性，造成操作維護不易與量測品質不佳等問題。

此外，量測水體的懸浮固體濃度之市售儀器是採用光學量測，並以單一波長的吸光度進行分析。然而，單一波長的吸光度之分析無法適用於各種不同粒徑之懸浮固體的量測。

重金屬主要來自於傳統產業、電鍍業及印刷電路板(PCB)業，較常見之重金屬種類分別為銅、鎳、鐵、鋅、鉻及鎘等。重金屬汙染較其他有機物汙染更具危害性是因為重金屬或者其金屬化合物不易受到自然界中物理、化學或者生物作用使其濃度降低或者分解。在廢水處理系統方面，廢水中重金屬濃度過高會毒化微生物造成處理系統無法發揮正常功能。因此，如何有效掌握水中重金屬濃度來進一步提升處理成效、降低重金屬汙染物進入承受水體之總量，以維護承受水體之生態是為一個重要課題。

重金屬量測研究主要可分為添加顯色藥劑、分析設備之改良與開發及生物晶片三種研究技術。在添加顯色藥劑方面，只能量測單一種金屬類別且其藥品費用昂貴並有廢液之產生與處理問題；在分析設備之改良與開發方面，其設備之建置費用高昂且分析水量大，並需事先以人工方式判斷其濃度範圍以便建立各重金屬檢量線，所需時間較長且人工量測誤差較大；在生物晶片方面，目前僅對銅離子的量測較為準確，但無法同時獲得多項重金屬濃度的資訊，且容易受到顆粒之干擾。

美國專利號5,244,634揭露利用具有特定官能基團的螯合樹脂使水樣通過開放式管柱螯合管柱層析，來偵測水樣中的過渡元素或稀有元素。美國專利公開號2009/0263907 A1揭露利用試劑比色法量測環境中水樣(如廢水、廢液)中的重金屬濃度。然而，此二專利分別利用添加顯色劑及螯合劑與重金屬離子結合使水溶液產生顏色，再依據顏色深淺來做為濃度高低之判斷，對環境造成二次汙染。

目前廢水處理方面，對於重金屬之量測大多只能利用快速量測重金屬的檢知管或者利用原子吸收(Atomic Absorption,AA)光譜儀來進行量測，無法獲得即時、準確、有效之監測資訊，而滿足控制之需求。因此，欲開發出一種重金屬量測設備與方法，藉由透過多次稀釋與掃描可消除懸浮顆粒(Suspended Solid,SS)與化學需氧量(Chemical oxygen Demand,COD)濃度所產生之光譜干擾，來同步獲得銅、鎳、鐵、鋅及鉻等重金屬濃度。

過去在光學應用於水中成分之量測，如COD、氨氮、重金屬及SS方面，大都只能量測單一項目，其量測範圍與準確性大多受限於水中濁度或SS，且其量測方法大多為單一波長或選擇多個推估結果較好的波長，來進行水中成分之量測。在水中成分較多時，由於各成分間會互相干擾與競爭及遮蔽，此類之量測技術並無法獲得較好之量測結果。

本案申請人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終於構思出本案，能夠克服先前技術之不足，以下為本案之簡要說明。

為了構思出消除SS與COD濃度所產生之光譜干擾，並且期望能同步量測多種水中成分之濃度，本發明根據Beer-Lambert原理，以不添加額外藥劑並以光學頻譜分析技術為基礎，建立應用光譜掃描同時獲得水中各種重金屬濃度之量測方法與設備，透過此量測技術與批次量測設備做為重金屬即時監測系統。

因此，本發明提供一種量測裝置，包括一槽體，該槽體包括可透光且相對應配置之一第一側面及一第二側面，該第一側面及該第二側面在空間上延伸交會成一夾角，且該槽體容納一水體；一支撐部，具有與該槽體連接之至少一支撐架；一載具，包括與該支撐部鏈結之至少一移動裝置，以俾固定並上下移動該支撐部；一第一光源，配置於該槽體外且朝向該第一側面發射一第一光線；以及一第一量測元件，配置於該槽體外且朝向該第二側面，以俾接收來自該第一光源且依序穿過該第一側面、該水體及該第二側面之該第一光線，以量測該水體。

較佳地，該量測裝置中該槽體還包括一第三側面，該第三側面具有透光性且分別與該第一側面及該第二側面相連接，該量測裝置還包括配置於該槽體外且朝向該第三側面之一第二量測元件，該第二量測元件量測該水體中之該第一光線，以量測該水體。

較佳地，該量測裝置中該槽體還包括一第四側面，該第四側面具有透光性且與該第三側面平行配置，該量測裝置還包括配置於該槽體外且朝向該第四側面之一第二光源，當該第一光線未射出時，一第三量測元件設置於該第三側面外，以接收來自該第二光源且依序穿過該第四側面、該水體及該第三側面之一第二光線，以量測該水體之水位高度、懸浮粒子濃度、懸浮粒子沉澱速度及其組合所組成的群組其中之一。

較佳地，該量測裝置中該槽體還包括相互平行配置之一第五側面及一第六側面，該第五側面與該第一側面相連接，該第六側面與該第二側面相連接，該夾角位於該第五側面與該第六側面之間的空間，且當該槽體移動至使該第一光源朝向該第五側面時，該第一量測元件接收來自該第一光源且依序穿過該第五側面、該水體及該第六側面之該第一光線，以量測該水體。

該量測裝置中的移動裝置可為一鏈條齒輪組或者其他能使支撐部與載具作相對位置運動之裝置。

本發明另提出一種量測裝置，包括：一底座；以及一槽體，其設置於該底座上，用以盛裝一待測流體樣本，並包括沿著長度方向變動截面積的一區段。

較佳地，該量測裝置中該區段之截面積係沿著長度方向線性地變動，以產生複數個量測位置。

較佳地，該量測裝置中該槽體係一壓克力或一石英之透光材質且呈一倒三角體，使該量測裝置具有複數個光徑長度，且該倒三角體之底部連接一長方體區域，該長方體區域具有透光性且具有一最小光徑。

較佳地，該量測裝置中該底座係一支架，與該槽體具一連結處，使該槽體可從該連結處向上延伸。

較佳地，該量測裝置還包括一空氣槽，設置於該槽體上方；一不反光之黑色槽體，設置於在該空氣槽上方，該空氣槽與該不反光之黑色槽體用以進行光源強度與光感應器的校正；以及一超音波震盪片，設置於該倒三角體之外壁，可透過不同頻率來清洗該槽體以及與混合該待測流體樣本。

較佳地，該量測裝置還包括一載具，該載包括與該支架鏈結之至少一移動裝置，以俾固定該量測裝置並上下移動。本發明另提出一種量測裝置，包括：一底座；以及一槽體，其設置於該底座上，用以盛裝一待測流體樣本，並建構至少兩條光徑以供量測經該至少兩條光徑之該待測流體樣本之性質，該性質係一吸光值。

本發明另提出一種，包括下列步驟；(a)稀釋該待測流體樣本；(b)以一光纖光源掃描該待測流體樣本；(c)以一紫外光-可見光-近紅外線光譜設備量測該待測流體樣本之光譜強度變化以獲得一吸光值；以及(d)判斷該吸光值是否落於一誤差容限內，若為否，則將該待測流體樣本稀釋至更高之稀釋倍數；以及(e)重複步驟(c)及(d)，直到該吸光值落於該誤差容限內。

較佳地，該量測方法可用於量測該水體中一重金屬濃度、一懸浮顆粒濃度、一有機物濃度、一化學需氧量及其組合。

本案所提出之發明將可由以下的實施例說明而得到充分暸解，使得熟悉本技藝之人士可以舉以完成之，然而本案之實施例並非可由下列實施例而被限制其實施型態，熟悉本技藝之人士仍可依據既揭露之實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明之範圍。

本發明之量測裝置包括水樣槽及承載水樣槽之載具。請參閱第1圖，其為本發明之水樣槽結構圖。在第1圖中，水樣槽100包括一槽體110，該槽體110可容納一水體且包括可透光且相對應配置之一第一側面111及一第二側面112，該第一側面111及該第二側面112在空間上延伸交會成一夾角，形成一倒三角體槽體，使依序穿過該槽體110之第一側面111、該水體及該槽體110之第二側面112的光線在槽體110中具有複數個光徑。該槽體110還包括一第三側面113(面向讀者眼睛的一側)以及一第四側面114(遠離讀者眼睛的一側)，該第三側面113具有透光性且分別與該第一側面111及該第二側面112相連接，而該第四側面114亦具有透光性且分別與該第一側面111及該第二側面112相連接，並與該第三側面113平行配置。該槽體110還包括一第五側面115及一第六側面116，該第五側面115與該第一側面111相連接，該第六側面116與該第二側面112相連接，該夾角落於或者超出該第五側面115與該第六側面116之間的空間(在本實施例為「超出」)，該第五側面115、該第六側面116與底部圍成一長方體空間，且該槽體110具光線穿過第五側面115及第六側面116之間的一最小光徑，在本實施例中為0.8公分。該水樣槽100還包括一支撐部120，具有與該槽體110連接之至少一支撐架121。該槽體110還包括一排水口125，設置於該長方體空間的該第三側面113，以將清水或廢水從該槽體110中排出。該水樣槽100還包括位於槽體110上方的一不反光之黑色槽體122與一空氣槽123，以進行光源強度與光感應器的校正。水樣槽100還具有設置於槽體110中該第一側面111與該第二側面112外壁(例如在第1圖所示之設置於第一側面111上)的一超音波震盪片124，當槽體110承載水體時，該超音波震盪片124可透過發射不同頻率之波來進行槽體110之清洗與水樣之混合。

請參閱第2(a)圖及第2(b)圖，其分別為本發明之載具(a)立體示意圖及(b)背面透視圖。以下將合併參照第2(a)圖及第2(a)圖進行說明。載具200包括與該支撐架121鏈結之至少一移動裝置210，以俾固定並上下移動該支撐架121。該載具200係一長方體，具有一第一面201、一第二面202、一第三面203及一第四面204，其中該第一面201、該第二面202、該第三面203、該第四面204分別對應於該槽體110之該第一側面111、該第二側面112、該第三側面113、該第四側面114，且該第一面201上配置一光纖光源205，可發射一第一光線，該第一光線係一紫外光-可見光-近紅外線(UV-VIS-NIR)光線。該第二面202及該第三面203上各設置一光纖感測器組件206、207，可接收由該光纖光源205發射出的該紫外光-可見光-近紅外線(UV-VIS-NIR)光線。該第三面203上還設置一矩陣式光感測器209，該第四面204上設置一面光源208，該面光源208可發射一可見光線並由該矩陣式光感測器209接收。一清水口221及一廢水口222設置於該載具200的上方，以將一清水或一廢水注入該槽體110中。

請參閱第3圖，其為本發明之水樣槽與載具結合之示意圖。在第3圖的量測裝置300中，水樣槽310的支撐架(第3圖未示)與載具320的移動裝置321鏈結成一體，俾固定該水樣槽310並上下移動。

在量測水體時，當水樣槽310的槽體440中的水體為低水位401時，如第4(a)圖所示，該光纖光源421發射出的UV-VIS-NIR光線430依序穿過槽體400之第五側面415及第六側面416，並由光纖感測器組件422、423接收該光線430。當水樣槽的槽體400中的水體為高水位402時，如第4(b)圖所示，該移動裝置321移動讓水樣槽相對於載具向下移動，使該光纖光源421發射出的該UV-VIS-NIR光線430依序穿過槽體400之第一側面411及第二側面412，並由光纖感測器組件422^、 423接收該光線430。水樣槽中的水位高度403由矩陣式光感測器425量測，如第4(c)圖所示，該載具320上的面光源424所發射出一可見光線431依序穿過槽體330之第四側面414及第三側面413，再由該矩陣式光感測器425接收該可見光線431，以判斷槽體330中水位之高度403。當槽體的透光度不佳時，槽體330外壁的超音波震盪片124可透過不同頻率來進行水樣槽之清洗。

本發明係利用UV-VIS-NIR分光光度計量測水中重金屬物質與其濃度，主要是利用光學頻譜分析技術之靈敏、準確、快速、無干擾、可微量取樣及全系統分析的多種優點。依照吸收光譜特性及Beer-Lambert定律之基礎，可定性及定量出水質中的成分及濃度。尤其，廢水中溶解性物質在水中以分子形態存在，不同的分子型態、官能基或發色基團(Chromophores)會造成不同吸收光譜，因此可利用光譜特定吸收波長來鑑別有機物及其結構，達到廢水成分定性之目的。以有機物而言，吸收峰多在紅外光區及紫外光區，紅外光區的吸收與其鍵結之共振有關，而紫外光區之吸收則與其官能基有關。若要由可見光區段定性有機物則需要使有機化合物發色，有機化合物之分子具有許多潛在發色基團，當發色基團與助色團(Auxochrome)結合時，兩者分別變成電子接收者及電子供給者，使其吸收波長向長波長移動或增加吸收強度，並可於可見光區產生波峰而定性其所含成分。另外，關於廢水定量的原理是根據Beer-Lambert定理，如式1，當同一成分其濃度愈高，所造成之吸光值也愈高，因此可利用吸收頻譜之吸光值，達到廢水濃度定量之目的。

A=abc　(式1)

其中A為吸光值，a為莫耳吸光係數，b為光徑長度，c為溶液濃度。

本發明依其上述提及之分析原理建立一種即時量測水中成分及其濃度之技術，主要將實施內容分為三部分，分別為水中成分光譜資料庫建立、多成分定性定量演算法之建立以及實驗室與實廠之驗證。其實施策略與方法分述如下：

1.　水中成分光譜資料庫建立

金屬在自然界中，不管是以化合物、離子狀態存在，皆很難藉由生物的降解而從自然界中移除，當金屬經由食物鏈進入生物體的組織器官中，對其生殖能力及神經中樞系統等造成永久性的破壞。依行業別的不同，使用的金屬亦不相同，如染整業會使用銅作為染料或是固色劑，印刷電路板業則常有因蝕刻酸洗產生銅，電鍍工業為增加鍍件之耐蝕性，以鍍鉻增加其硬度。故本發明依廢水中常見的銅、鉻、鎳及鐵作為重金屬離子光譜資料庫之對象，配製多種濃度並掃描其吸收光譜，可建立重金屬之光譜特性，以界定其成分之吸收波段、特徵波長及吸光係數，做為後續多成分定性定量演算法之基礎。

2.　多成分定性定量演算法

多成分演算之分析程序，其為利用全波段掃描之吸收光譜，經過資料前處理及雜訊剔除，再根據所建置之光譜特性資料庫不同成分之吸收光譜特性，依序定性及定量出廢水水質成分。多成分演算法之分析程序主要分為吸收光譜資料前處理、多成分定性演算法及多成分定量演算法三個部分：

第一部分：吸收光譜資料前處理。在進入多成分定性及定量分析演算程序之前，對於掃描水質所得之吸收光譜需訂定其資料分析之範圍值，選取較有意義之光譜資料(即各成分之吸收波段)，做為後續演算法計算之依據。

第二部分：多成分定性演算法。針對不同成分其吸收波段亦不同，而多成分定性分析法分析即為利用全波段掃描之吸收光譜，比對所建置之水質光譜特性資料，由長波長至短波長依序檢視其吸光值以推估水樣中存在之成分。

另外，再利用多個不同稀釋水樣之光譜掃描資訊(190~1100 nm之吸光值)與所推估成分之濃度，透過類神經網路學習後建立各波長分別相對於水中成分之權重，透過各波長權重值大小來篩選出各成分之特徵波長，藉由光譜資料庫與其權重之篩選，來判斷與鑑別水中之存在成分。

第三部分：多成分定量演算法。各水樣之光譜圖為水中各成分吸收UV-VIS-NIR光之綜合結果，由於水中各成分對於光的吸收能力不同，造成遮蔽作用且成分間會有干擾與競爭，因此，利用傳統方式建立特徵波長之吸光係數來推估水中成分濃度的效果不佳。故本專利量測裝置是利用類神經網路來建立水中成分及其濃度之量測技術。

由於各工廠所使用之原物料與其產生廢水之組成成分變異不大，因此，利用本裝置進行掃描多批廢水，透過不同光徑與稀釋倍數之程序所獲得之光譜資訊，再與人工檢測所獲得水中成分之濃度，利用類神經網路進行學習與訓練及推估，來建立光譜資訊與水中各個成分之關係，進而開發水中多成分量測之技術。

3.　實驗室與實廠之驗證

實驗室與實廠驗證程序包括二部分：

第一部分：水中各個成分吸收光譜與吸收係數之建立。將廢水水樣稀釋多種倍數並進行UV-VIS-NIR光譜掃描與重金屬、懸浮顆粒及COD之量測。扣除水中懸浮顆粒與有機物所產生UV-VIS-NIR吸收光譜之干擾，來獲得廢水中各個成分之吸收光譜與吸光值。根據已知水中各個成分濃度與吸光值，以類神經網路來計算各個成分於UV-VIS-NIR波段之權重。

第二部分：多種水中成分濃度同步求解方法之建立。

步驟1：將工廠廢水以不同稀釋倍數進行稀釋並進行連續多次UV-VIS-NIR吸收光譜掃描。

步驟2：再將稀釋水樣以過濾量測水中SS濃度並進行UV-VIS-NIR吸收光譜掃描。

步驟3：將工廠製程所需使用之原物料與廢水中可能存在之成分進行水質分析。

步驟4：利用多個不同稀釋過濾水樣之光譜掃描資訊，並透過類神經網路學習後之權重值與光譜分析技術，來建立水中存在成分之特徵波長。

步驟5：分析多個不同稀釋原水之光譜掃描資訊，來量測SS之特性與其影響之吸收光譜波段

步驟6：累積一定數量之水樣水質與光譜資訊，再透過類神經網路進行建立UV-VIS-NIR吸收光譜與推估成份濃度之模式。

步驟7：若模式推估結果不好，則重複步驟1之程序，累積足夠資訊量來提升類神經網路之學習與推估模式之能力。

步驟8：當工廠製程改變或透過定期採樣分析結果來調整與修正其推估模式，以維持模式之量測有效性。

操作程序：

1.　進清水程序：進水量每次則固定0.1-100 mL。

2.　暗電流校正程序。

3.　光源空氣校正程序：判斷光源的強度。

4.　光源強度校正程序：所量測到之光源強度做為光源原始強度值，並進行基線之量測，判斷量測設備的穩定度。

5.　排清水程序：排掉清水，準備進行廢水之光譜量測。

6.　進廢水程序：每次量測廢水量固定加入0.1-100 mL。

7.　UV-VIS-NIR量測程序：在進行稀釋程序時，先找到適合稀釋倍數(吸光值<儀器偵測最大值)再進行沉澱程序。若吸光值大於儀器偵測最大值，可分別將水樣槽上下移動，使光徑長度改變，或是再加入清水稀釋於同一點量測吸光值，使最終吸光值小於儀器偵測最大值。再依此稀釋倍數做複數個光徑長度或是往下再做複數個稀釋倍數及其沉澱之UV-VIS-NIR光譜量測。其中稀釋的水量係利用矩陣式光學感測器(如CCD或CMOS之攝影機)來獲得稀釋水量與水位，槽體移動之最高位置亦是透過矩陣式光學感測器量測來判定(不同稀釋倍數有不同水位高度；換言之槽體移動與水位高度有關)。

8.　排水程序。

9.　清洗程序：讓槽體注入清水並上下移動一次並同時進行光譜掃描，量測各個光徑之光源強度值，當光源強度值小於95%之原始光源強度則重新清洗，直至光源強度值大於95%之原始光源強度才停止清洗程序。

實施例1

將含有銅重金屬的待測液體配製成濃度為50 ppm，將該濃度為50 ppm的含銅待測液體置於水樣槽之槽體中，先由波長範圍為190~400 nm、400~700 nm、700~1100 nm進行UV-VIS-NIR光譜量測，接著分別將50 ppm的含銅待測液體稀釋成25 ppm、10 ppm、5 ppm及1 ppm，再分別依上述波長範圍進行UV-VIS-NIR光譜量測，結果如第5(a)、5(b)及5(c)圖所示。

銅重金屬光學頻譜資料庫建置結果：將銅重金屬依上述步驟進行複數個濃度(1 ppm、5 ppm、10 ppm、25 ppm及50 ppm)的量測，結果如第5(c)圖所示，當光徑長度為5公分時，測得吸收波峰會落於800 nm及805 nm位置。

實施例2

將含有鎳重金屬的待測液體配製成濃度為50 ppm，將該濃度為50 ppm的含鎳待測液體置於水樣槽之槽體中，先由波長範圍為190~400 nm、400~700 nm、700~1100 nm進行UV-VIS-NIR光譜量測，接著分別將50 ppm的含鎳待測液體稀釋成25 ppm、10 ppm、5 ppm及1 ppm，再分別依上述波長範圍進行UV-VIS-NIR光譜量測，結果如第6(a)、6(b)及6(c)圖所示。

鎳重金屬光學頻譜資料庫建置結果：將銅重金屬依上述步驟進行複數個濃度(1 ppm、5 ppm、10 ppm、25 ppm及50 ppm)的量測，結果如第6(b)圖及第6(c)圖所示，當光徑長度為5公分時，測得吸收波峰會落於390 nm位置及705 nm與710 nm位置之間。

實施例3

將含有鉻重金屬的待測液體配製成濃度為50 ppm，將該濃度為50 ppm的含鉻待測液體置於水樣槽之槽體中，先由波長範圍為190~400 nm、400~700 nm、700~1100 nm進行UV-VIS-NIR光譜量測，接著分別將50 ppm的含鉻待測液體稀釋成25 ppm、10 ppm、5 ppm及1 ppm，再分別依上述波長範圍進行UV-VIS-NIR光譜量測，結果如第7(a)、7(b)及7(c)圖所示。

鉻重金屬光學頻譜資料庫建置結果：將銅重金屬依上述步驟進行複數個濃度(1 ppm、5 ppm、10 ppm、25 ppm及50 ppm)的量測，結果如第7(b)圖及第7(c)圖所示，當光徑長度為5公分時，測得吸收波峰會落於410 nm及575 nm位置。

實施例4

鉻及銅重金屬混合水樣光譜掃描：如第8圖所示，發現在波長410 nm與575 nm的位置，有兩個吸收波峰存在，因此可判斷此水樣含有重金屬鉻的存在，且在波長650 nm以後其吸光值隨著波長之增加有逐漸升高之趨勢，可判斷此水樣亦有重金屬銅的存在。

實施例5

鉻及鎳重金屬混合水樣光譜掃描：如第9圖所示，發現在波長410 nm與575 nm的位置，有兩個吸收波峰存在，可判斷此水樣含有重金屬鉻的存在，同時在波長390 nm的位置存在一個吸收波峰，可研判水樣中含有重金屬鎳之存在，但在波長690 nm以後其吸光值隨著波長之增加有逐漸遞減之趨勢，因此可判斷此水樣沒有重金屬銅的存在。

因此，所屬領域技術中具有通常知識者可依本發明，可有效的降低與去除懸浮顆粒濃度或濁度對於量測範圍與結果所造成之干擾，且本發明之量測裝置及方法不需添加額外的藥劑，對環境不會造成二次污染，具有顯著的市場價值。

實施例6

電鍍工廠廢水水樣光譜掃描：如第10圖所示，發現經由稀釋倍數廢水光譜掃描之結果，分別在275 nm與375 nm的位置有兩個吸收波峰，透過光譜資料庫可研判水樣中含有醛類與重金屬鋅之存在，其他波段則無較大之吸收波峰，因此，可判定無其他成分存在。

實施例7

印刷電路板工廠廢水水樣光譜掃描：如第11圖所示，發現經由稀釋倍數廢水光譜掃描之結果，分別在280 nm、400 nm及800 nm的位置有三個吸收波峰，透過光譜資料庫可研判水樣中含有醛類與重金屬鋅與銅之存在，其他波段則無較大之吸收波峰，因此，可判定無其他成分之存在。

本發明時屬難能的創新發明，深具產業價值，援依法提出申請。此外，本發明可以由本領域技術人員做任何修改，但不脫離如所附權利要求所要保護的範圍。

參考文獻

US Pat. No. 5,244,634(1991年11月29日)

US Pat. No. 2009/0263907 A1(2007年8月27日)

100．．．水樣槽

110．．．槽體

111．．．第一側面

112．．．第二側面

113．．．第三側面

114．．．第四側面

115．．．第五側面

116．．．第六側面

120．．．支撐部

121．．．支撐架

122．．．不反光之黑色槽體

123．．．空氣槽

124．．．超音波震盪片

125．．．排水口

200．．．載具

201．．．第一面

202．．．第二面

203．．．第三面

204．．．第四面

205．．．光纖光源

206．．．光纖感測器組件

207．．．光纖感測器組件

208．．．面光源

209．．．矩陣式光感測器

210．．．移動裝置

221．．．清水口

222．．．廢水口

300．．．量測裝置

310．．．水樣槽

320．．．載具

321．．．移動裝置

322．．．光纖光源

323．．．光纖感測器組件

325．．．矩陣式光感測器

326．．．面光源

400．．．槽體

401．．．低水位

402．．．高水位

403．．．水位高度

411．．．第一側面

412．．．第二側面

413．．．第三側面

414．．．第四側面

415．．．第五側面

416．．．第六側面

421．．．光纖光源

422．．．光纖感測器組件

423．．．光纖感測器組件

424．．．面光源

425．．．矩陣式光感測器

430．．．UV-VIS-NIR光線

431．．．可見光線

第1圖為本發明之水樣槽結構圖。

第2(a)圖及第2(b)圖分別為本發明之載具(a)立體示意圖及(b)背面透視圖。

第3圖為本發明之水樣槽與載具結合之示意圖。

第4(a)圖至第4(c)圖為本發明利用量測裝置量測水體之光學分析示意圖。

第5(a)圖、第5(b)圖及第5(c)圖為銅重金屬光學頻譜資料庫建置結果。

第6圖、第6(b)圖及第6(c)圖為鎳重金屬光學頻譜資料庫建置結果。

第7圖、第7(b)圖及第7(c)圖為鉻重金屬光學頻譜資料庫建置結果。

第8圖為鉻及銅重金屬混合水樣光譜掃描。

第9圖為鉻及鎳重金屬混合水樣光譜掃描。

第10圖為電鍍業實廠廢水水樣光譜掃描。

第11圖為印刷電路板實廠廢水水樣光譜掃描。

100．．．水樣槽

110．．．槽體

111．．．第一側面

112．．．第二側面

113．．．第三側面

114．．．第四側面

115．．．第五側面

116．．．第六側面

120．．．支撐部

121．．．支撐架

122．．．不反光之黑色槽體

123．．．空氣槽

124．．．超音波震盪片

125．．．排水口

Claims (12)

1. 一種量測裝置，包括：一槽體，該槽體包括可透光且相對應配置之一第一側面及一第二側面，該第一側面及該第二側面在空間上延伸交會成一夾角，且該槽體容納一水體；一支撐部，具有與該槽體連接之至少一支撐架；一載具，包括與該支撐部鏈結之至少一移動裝置，以俾固定並上下移動該支撐部；一第一光源，配置於該槽體外且朝向該第一側面發射一第一光線；以及一第一量測元件，配置於該槽體外且朝向該第二側面，以俾接收來自該第一光源且依序穿過該第一側面、該水體及該第二側面之該第一光線，以量測該水體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之量測裝置，其中該槽體還包括一第三側面，該第三側面具有透光性且分別與該第一側面及該第二側面相連接，該量測裝置還包括配置於該槽體外且朝向該第三側面之一第二量測元件，該第二量測元件量測該水體中之該第一光線，以量測該水體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之量測裝置，其中該槽體還包括一第四側面，該第四側面具有透光性且與該第三側面平行配置，該量測裝置還包括配置於該槽體外且朝向該第四側面之一第二光源，當該第一光線未射出時，一第三量測元件設置於該第三側面外，以接收來自該第二光源且依序穿過該第四側面、該水體及該第三側面之一第二光線，以量測該水體之水位高度、 懸浮粒子濃度、懸浮粒子沉澱速度及其組合所組成的群組其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之量測裝置，其中該槽體還包括相互平行配置之一第五側面及一第六側面，該第五側面與該第一側面相連接，該第六側面與該第二側面相連接，該夾角位於該第五側面與該第六側面之間的空間，且當該槽體移動至使該第一光源朝向該第五側面時，該第一量測元件接收來自該第一光源且依序穿過該第五側面、該水體及該第六側面之該第一光線，以量測該水體。
5. 一種量測裝置，包括：一底座；以及一槽體，其設置於該底座上，用以盛裝一待測流體樣本，並包括沿著長度方向變動截面積的一區段。
6. 如申請專利範圍第5項所述之量測裝置，其中該區段之截面積係沿著長度方向線性地變動。
7. 如申請專利範圍第5項所述之量測裝置，其中該槽體係一透光材質且呈一倒三角體，使該量測裝置具有複數個光徑長度，且該倒三角體之底部連接一長方體區域，該長方體區域具有透光性且具有一最小光徑。
8. 如申請專利範圍第7項所述之量測裝置，還包括：一空氣槽，設置於該槽體上方；一不反光之黑色槽體，設置於在該空氣槽上方，該空氣槽與該不反光之黑色槽體用以進行光源強度與光感應器的校正；以及 一超音波震盪片，設置於該倒三角體之外壁，可透過不同頻率來清洗該槽體以及與混合該待測流體樣本。
9. 如申請專利範圍第5項所述之量測裝置還包括一載具，該載具包括與該支架鏈結之至少一移動裝置，以俾固定該量測裝置並上下移動。
10. 一種量測裝置，包括：一底座；以及一槽體，其設置於該底座上，用以盛裝一待測流體樣本，其具有沿著長度方向變動截面積的一區段，並建構至少兩條光徑以供量測經該至少兩條光徑之該待測流體樣本之性質。
11. 一種利用如申請專利範圍第1項之量測裝置量測一待測流體樣本的量測方法，包括下列步驟：(a)將該待測流體樣本至置入該量測裝置中；(b)稀釋該待測流體樣本；(c)以一光纖光源掃描該待測流體樣本；(d)以一紫外光-可見光-近紅外線光譜設備量測該待測流體樣本之光譜強度變化以獲得一吸光值；以及(e)判斷該吸光值是否落於一誤差容限內，若為否，則將該待測流體樣本稀釋至更高之稀釋倍數；以及(f)重複步驟(d)及(e)，直到該吸光值落於該誤差容限內。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法用於量測該水體中一重金屬濃度、一懸浮顆粒濃度、一有機物濃度、一化學需氧量及其組合。