专利名称：多功能现场比色测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种小型分析仪器，具体涉及一种小型、便携式、现场定量测定空气中甲醛和氨及二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物等；定量测定人造板、家具、涂料、胶粘剂、壁纸、地毯、纺织品、食品中甲醛和甲醛次硫酸氢钠及土壤和肥料中氮、磷、钾、有机质、pH值等含量的仪器。
背景技术：
甲醛(HCHO)俗称乙醛、木醛，我们熟悉的是它的40％水溶液即常被用来作防腐剂的福尔马林。
甲醛用途广泛。合成树脂、表面活性剂、塑料、橡胶、鞣革、造纸、染料、制药、农药、照相胶片、炸药、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐过程中均要用到甲醛，可以说甲醛是化学工业中的多面手。然而过犹不及，一旦使用超越界限，则贻害无穷。医学专家介绍，空气中甲醛含量超标已成为呼吸道疾病、血液病、肠道疾病以及孕妇流产的诱因之一，而直接染指食品行业，更使甲醛成为防不胜防的健康杀手。
甲醛是一种无色易溶的刺激性气体，甲醛气体可经呼吸道吸收，其水溶液“福尔马林”可经呼吸道吸收。现代科学研究表明，当室内含量为0.1mg/m3时就有异味和不适感；0.5mg/m3时可刺激眼睛引起流泪；0.6mg/m3时引起咽喉不适或疼痛；浓度再高可引起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿；当空气中达到30mg/m3时可当即导致死亡。长期接触低剂量甲醛(如0.02mg/m3)可以引起慢性呼吸道疾病、女性月经紊乱、妊娠综合症，引起新生儿体质降低、染色体异常，甚至引起鼻咽癌。高浓度的甲醛(如0.1mg/m3以上)对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。它还可刺激眼结膜、呼吸道黏膜而产生眼泪、流涕，引起结膜炎、咽喉炎、哮喘、支气管炎和变态反应性疾病。甲醛还有致畸、致癌作用。据流行病学调查，长期接受甲醛的人，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症。
甲醛次硫酸氢钠(NaHSO2·CH2O·2H2O)俗称吊白块或雕白块，白色粉状或结晶粉粒，可溶于水，常温时较为稳定，高温时分解成亚硫酸盐，在加工过程中生成甲醛和亚硫酸盐或二氧化硫，有强还原作用，是工业生产用的漂白剂，人体摄入10g即可致人死亡，所以国家早已明令在食品中禁止使用吊白块作漂白剂。
氨是一种无色有强烈刺激气体。主要用于制造液氨、氨水、硝酸、氨盐、胺类等，在农业中用作化肥，在楼房建筑中用作防冻添加剂等。长期接触低剂量氨(0.1mg/m3)会引起慢性呼吸道疾病，如哮喘、咽喉炎和结膜炎等。
甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨等有害物质来源有以下几个方面。
1.用作室内装饰的胶合板、细工木板、中密度纤维板和刨花板等人造板材。因为甲醛具有较强的黏合性，还具有加强板材硬度及防虫、防腐功能，所以目前生产人造板使用的胶粘剂以甲醛为主要成分的脲醛树脂、板材中残留的和未参与反应的甲醛会向周围环境释放，是形成室内空气中甲醛的主体。
2.用人造板制造的家具。一些厂家为了追求利润，使用不合格的板材，造成甲醛超标。
3.含有甲醛成分并有可能向外界散发的其他各类装饰材料，如贴壁布、壁纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等。
4.在冬季建筑施工中，为了防止水泥冻结，在水泥中加入脲素、硝酸胺等氮肥，当环境温度上升时，水泥中脲素或硝酸胺以气态氨形式释放于房间的空气中。另外，养殖厂、肥料制造厂、垃圾处理厂、烫发场所也是氨释放的主要来源。
5.为了防止纺织品缩水，使织物挺括，多采用甲醛树脂处理。当从纤维上游离到皮肤的甲醛超过一定限量时，人就会产生变态反应皮炎。
6.一些不法经营者为了获取暴利，在面粉和面制品、米粉、粉丝、腐竹、白糖、果脯、水发食品、水产品和海鲜产品中添加国家禁止使用的甲醛次硫酸氢钠(吊白块)，以达到漂白、防腐、延长保存时间。
实测数据表明，一般正常装修的情况下，室内装修5个月后，甲醛的浓度可低于0.1毫克/立方米；装修7个月后可将至0.08毫克/立方米以下。日本的研究表明，室内甲醛的释放期一般为3至15年。
中华人民共和国标准《居室空气中甲醛的卫生标准》规定室内空气中甲醛的最高允许浓度为0.08毫克/立方米；氨的允许浓度为0.2毫克/立方米；不允许在食品中检出甲醛和甲醛次硫酸氢钠。
另外，由于人造板是造成室内空气中甲醛超标的主要原因，世界上不少国家都对人造板的甲醛释放量作了严格的规定，国家标准是穿孔测试值必须小于9毫克甲醛/100克。
目前，甲醛和氨等有害物质的定量测定受到国务院有关领导的高度重视，2001年6月7日国务院温家宝副总理在“室内装修污染严重规范市场刻不容缓”一文上批示，2001年8月24日李岚清副总理在解放日报《有害涂料充斥市场，绿色材料鲜为人知》一文上批示“请标准、环保、质量等部门立即制定一个措施，禁止发现”，为此，国家建设部。国家质检总局、国家环保总局和卫生部都相应抓紧落实国务院有关领导的批示精神，制定相应的室内环境、空气质量、住房装饰、建筑工程质量等有关标准，该标准在2002年7月1日强制性执行。
测定甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨等有害物质的方法有化学分析法、气相色谱、分光光度、检测管法、示波极谱法等一系列灵敏、准确的方法，但它们大都不适于在现场作原位实时连续测定。
在现场检测中，除采用的一种通过气固反应产生的颜色长短变化来检测甲醛和氨等有害物质外(该方法不能用于液体样品的检测)，其余的全部采用电化学方法，如英国PPM公司生产的电化学传感器甲醛测定仪，日本COSMOS公司生产的电化学甲醛和氨等有害气体测定仪和美国ESC公司生产的电化学甲醛测定仪，美国RAE公司生产的电化学氨测定仪，这些测定仪为便携式，分析速度快，但仪器价格高(4万/台)，准确度差、干扰严重，并且只适用于测定空气中甲醛和氨，不能测定液体和固体样本中的甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨，所以我国制定的甲醛标准分析方法都不采用电化学方法。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种快速、简便、准确、现场定量测定空气中甲醛和氨及二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物等；定量测定纺织品、食品和装饰材料(人造板、家具、涂料、胶粘剂、地毯、壁纸)中甲醛和甲醛次硫酸氢钠及土壤和肥料中氮、磷、钾、有机质、pH值等含量的多功能现场比色测定仪。
为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案本实用新型提供一种多功能现场比色测定仪，其包括壳体、包含在壳体之中的内部结构和显露在壳体之外的外部结构，所述的内部结构由LED光源、比色池、检测器、微处理器、可充电电源、空气采样泵和传感器光路和线路连接构成；所述外部结构由液晶显示屏、储存按键、调零按键、选择按键、浓度按键、打印机、电源接口、RS-232接口、开/关、比色池固定环、气体出入口、气泡吸收管固定架组成，所述显示屏、储存按键、调零按键、选择按键、浓度按键、打印机、电源接口、RS-232接口、开/关分别与微处理器线路相连接。
上述多功能现场比色测定仪，所述比色池内主要包括比色瓶、比色瓶橡皮塞、比色瓶定位器、超高亮发光二极管、集成光电传感器、卡头、卡口和比色池壳体；所述比色池壳体上端与比色池固定环连接，比色池壳体下端外侧为六方形，其中三个方形面上安装9只不同波长超高亮度发光二极管，与其相对应的三个方型面上安装3只检测器；在比色池中放置带刻度的玻璃比色瓶，比色瓶的瓶口用橡皮塞密封，比色瓶定位器上设卡头，比色池上设卡头，通过卡头和卡口定位比色瓶。
上述多功能现场比色测定仪，所述的LED光源为超高亮发光二极管，既作光源，又作单色器，可用412nm、430nm、470nm、520nm、550nm、575nm、610nm、630nm和860nm等9种不同波长单色光的超高亮发光二极管。
上述多功能现场比色测定仪，所述的检测器为集成光电传感器，型号为TSL201、TSL202、TSL208、TLS220、TSL230、TSL235、TSL245、TSL250、TSL251、TSL252、TSL253、TSL254、TSL255、TSL257、TSL260、TSL261和TSL262。
上述多功能现场比色测定仪，所述的可充电电源为锂离子充电电池，所选用的电压为3.6或7.2V。
上述多功能现场比色测定仪，所述传感器为空气质量流量传感器、温度传感器、压力传感器和湿度传感器。
本实用新型采用上述技术方案，其显著特点是●利用本实用新型，可采用国家标准方法(如甲醛和甲醛次硫酸氢钠为GB/T18204，26-2000，GB/T15516-1995，GB/T5009，69-1996；氨为GB/T18204，25-2000)，直接显示出待测物质的浓度，特别适用现场甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨等有害物质的浓度测定。
●本实用新型设置传感器和空气采样泵，具有自动采集气体样品功能，既可现场定量测定气体，还可测定液体和固体样品中的待测物质如甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨等各种有害物质。
●全部采用塑料管包装化学试剂，化学反应、显色在塑料管中完成，样品和试剂用量少，用过的试剂可回收，防止并减少了二次污染。
●安装传感器，可实时显示现场的环境温度、压力、湿度和采样时气体流量。
●脉冲方式供电，功耗低，锂充电电池可连续工作8小时以上，停止输入命令10分钟后自动断电。
●主机体积小(300×200×200mm)、重量轻(3kg)、操作简单、携带方便。
图1为本实用新型内部结构示意图图2为本实用新型外部结构示意图图3为本实用新型比色池结构示意图具体实施方式
以下结合附图，说明本实用新型的具体实施方式
本实用新型提出的多功能现场比色测定仪是基于被测样品中待测物质与显示剂反应生成有色化合物，此化合物对可见光选择性吸收的原理而建立的比色分析方法。本实用新型适用于用比色法定量测定空气中甲醛和氨及二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物，也适用于定量测定人造板、家具、涂料、胶粘剂、壁纸、地毯、纺织品、食品中甲醛和甲醛次硫酸氢钠及土壤和肥料中氮、磷、钾、有机质、pH值等含量，特别适用日常生活中普遍存在的甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨等有毒有害物质的测定。
本实用新型包括壳体20、以及包含在壳体20之中的内部结构和显露在壳体20之外的外部结构。如图1所示，本实用新型内部结构由LED光源1、比色池2、检测器3、微处理器4、可充电电源5、空气采样泵6和传感器7构成，它们之间通过光路和线路连接，此光路和线路均为常规连接；如图2所示，外部结构主要有液晶显示屏8、储存按键9、开/关按键16、调零按键10、选择按键11、浓度按键12、打印机13、电源接口14、RS-232接口15、比色池固定环17、气体出入口18、气泡吸收管固定架19组成，显示屏8、储存按键9、调零按键10、选择按键11、浓度按键12、打印机13、电源接口14、RS-232接口15、开/关16分别与微处理器4以常规线路相连接；其中，比色池2的结构如图3所示，主要由比色瓶21、比色瓶橡皮塞22、比色池定位器23、超高亮发光二极管24、25、26、集成光电传感器27、卡头28、卡口29和比色池壳体30构成。
当进行样品测量时，由LED光源1发出单色光通过比色池2中的比色瓶21，被吸收后的有色光经检测器3变为电信号传递给微处理器4，计算处理后，结果在液晶显示屏8上显示出来；当进行气体样品采样时，微处理器4通过传感器7控制采样泵6，自动采集空气样品；由打印机13打印出测定结果。存储的数据和测定结果可通过RS-232接口15传到PC机上，以表格方式打印出分析结果报告单。
LED光源1、比色池2、检测器3，微处理器4、可充电电源5、空气采样泵6和传感器7均安装在壳体20内；比色池壳体30与比色池固定环17连接，带橡胶塞22的比色瓶21与比色瓶定位器23连接，比色瓶21放置于比色池壳体30中，比色池壳体30上端为圆柱形，下端为六方形，在六方形一端分别放置三个超高亮发光二极管24、25和26，与其相对的另一端放置一个集成光电传感器27，其结构如图3。选择按钮9、10、11、12有四个，分别为存储按钮9、调零按钮10、选择按钮11和浓度按钮12，它们分别与微处理器4线路相连接，给微处理器4发出指令；由打印机13打印出测定结果。并由存储键9存储的数据通过RS-232接口15与PC机通讯，由PC机给出分析结果报告单；电源接口14一端与220V电源连接，另一端与仪器内部的可充电电源5连接，给仪器提供能量。在壳体20上设置用于空气采样的气泡吸瓶固定架19和气体出入口18。
本实施方式中，LED光源1为超高亮发光二极管24、25、26，它们既作光源同时又作单色器，生产厂家为日本的日亚公司，波长分别为412nm、430nm、470nm、520nm、550nm、575nm、610nm、630nm、860nm，亮度参数必须在3000mcd以上，可采用连续或脉冲方式供电；比色瓶21为带橡胶塞22的玻璃瓶，其外径为10～60mm，在玻璃瓶表面上有5mL、10mL、20mL、30mL、40mL和50mL刻度线，比色瓶橡胶塞22可与比色瓶21紧密配合，防止比色瓶中溶液溢出；比色瓶定位器23采用的材质为塑料，与比色瓶21螺纹口连接，可自由插入比色池壳体30中定位，比色瓶21可以为多个，比色池壳体30采用的材质为塑料、铜、铝或钢材料，比色池壳体30内径为10.1～60.1mm，上端外径为16～66mm，由比色池固定环17连接固定到壳体20上；通过比色瓶定位器23上的卡头28与比色池2上的卡口29使比色瓶21定位；比色池壳体30下端外侧为六方形，其中在三个方形面上一端都并排安装9只不同波长(412nm、430nm、470nm、520nm、550nm、575nm、610nm、630nm、860nm)超高亮发光二极管24、25、26，而在与其相对的另三个方形面上(与超高亮发光二极管相对的另一端)安装三个检测器27，检测器27为集成光电传感器，型号分别为TSL201、TSL202、TSL208、TSL230、TSL235、TSL245、TSL250、TSL251、TSL252、TSL253、TSL254、TSL255、TSL257和TSL260，其主要参数即光谱响应为350～1000nm；微处理器4为飞利浦公司生产，型号分别为P51、P52系列，其主要参数内存为64K；仪器内置可充电电源5为3.6V或7.2V的锂离子电池，与电源接口14连接，当电源接口14与220V电源连接时，自动给可充电电源5充电，并切断可充电电源5给仪器供电线路，当取下220V电源时，充电电源5自动给仪器供电；与微处理器4相连接的传感器7分别为气体流量传感器、环境压力传感器、温度传感器和湿度传感器，可自动控制空气采样泵6的采集量，并实时显示环境压力、温度和湿度。
以下以甲醛的测定为例，结合具体操作介绍本实用新型的使用方法操作步骤样品的采集与准备●气体样品的采集与准备用空气采样泵通过气泡吸收管收集待测气体样品。在气泡吸收管中装入待测气体的吸收溶液，待测气体通过气泡吸收管中的溶液吸收后，将气泡吸收管中溶液转移至2号比色瓶中。以下操作见样品测定实例。
●液体样品的收集与准备直接将待测的液体样品溶液转移到2号比色瓶中。以下操作见样品测定见实例。
●固定样品的收集与准备准确称量一定量待测固体样品，放于比色瓶2中，加水溶解后稀释至刻度。以下操作见样品测定实例。
样品测定实例空白测量准确取去离子水于1号比色瓶刻线处，向1号比色瓶中倒入一管塑料管密封的甲醛试剂(一)显色剂，盖上比色瓶橡胶塞，摇动溶解后，反应30分钟。
样品测量同时准确取被测样品于2号比色瓶刻线处，向2号比色瓶中倒入一管塑料管密封的甲醛试剂(一)显色剂，盖上比色管橡胶塞，摇动溶解后，反应30分钟。
取下1号比色瓶与2号比色瓶的橡胶塞，各加入一管塑料管密封的甲醛试剂(二)，盖上比色瓶橡胶塞摇匀，擦净两个比色瓶外壁，旋紧比色瓶定位器，显色15分钟。
将1号比色瓶放入比色池中并锁定比色瓶，按“开/关”键，打开仪器，当仪器液晶屏上出现“- - - -”后，按“调零”键，出现“0.00”，此时空白调零已完成。
取下1号比色瓶，将2号比色瓶放入比色池中并锁定比色瓶，按“浓度”键，液晶显示屏上出现的数值即为被测样品中甲醛的浓度。按“选择”键即可选择打印出测定结果，按“存储”键即可将数据保存。
用上述方法，同样可以测定空气中的氨、二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物等，也同样可以定量测定食品、纺织品和装饰装修材料(人造板、家具、涂料、胶粘剂、壁纸、地毯)中的甲醛次硫酸氢钠及土壤和肥料中氮、磷、钾、有机质、pH值等，显色剂(一)和显色剂(二)，将根据不同待测物质分别配制。
经检验，本实用新型的技术指标可以达到●较低的测定下限如甲醛的测定下限0.01mg/m3(气体采样，采样体积为15升)，0.03mg/L(甲醛、甲醛次硫酸氢钠液体样品)，0.03mg/kg(甲醛、甲醛次硫酸氢钠固体样品)；氨的测定下限0.05mg/m3(气体采样，采样体积为15升)。
●较宽的测量范围甲醛0.00~1.00mg/m3(气体采样，采样体积为15升)，0.00~1.00mg/L(甲醛、甲醛次硫酸氢钠液体样品)，0.00~1.00mg/kg(甲醛、甲醛次硫酸氢钠固体样品)；氨的测定范围0.00~10.00mg/m3(气体采样，采样体积为15升)。
●测量精度≤5％●测量方法均可采用标准测定方法，如测定甲醛、甲醛次硫酸氢钠采用国标酚试剂、乙酰丙酮试剂、变色酸试剂和AHMT试剂方法；测定氨采用国标纳氏试剂方法。
●仪器工作环境5~40℃●仪器重量3kg本实用新型仪器具有重量轻、测定准确、精度高、使用方便的特点，可广泛用于居住区、居室空气、公共场所、家具、地板、壁纸、涂料、园艺、室内装饰与整修、染料、造纸、制药、医疗、防腐、消毒、化肥、树脂、粘合剂和农药、原料、样品、工艺过程及生产车间和生活场所中甲醛、甲醛次硫酸氢钠和氨及二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物、氮、磷、钾、有机质、pH值的现场定量测定。
权利要求1.一种多功能现场比色测定仪，其包括壳体(20)、包含在壳体(20)之中的内部结构和显露在壳体(20)之外的外部结构，所述的内部结构由LED光源(1)、比色池(2)、检测器(3)、微处理器(4)、可充电电源(5)空气采样泵(6)和传感器(7)光路和线路连接构成；所述外部结构由液晶显示屏(8)、储存按键(9)、调零按键(10)、选择按键(11)、浓度按键(12)、打印机(13)、电源接口(14)、RS-232接口(15)、开/关(16)、比色池固定环(17)、气体出入口(18)、气泡吸收管固定架(19)组成，所述显示屏(8)、储存按键(9)、调零按键(10)、选择按键(11)、浓度按键(12)、打印机(13)、电源接口(14)、RS-232接口(15)、开/关(16)分别与微处理器(4)线路相连接，其特征在于所述比色池(2)内主要包括比色瓶(21)、比色瓶橡皮塞(22)、比色瓶定位器(23)、超高亮发光二极管(24、25、26)、集成光电传感器(27)、卡头(28)、卡口(29)和比色池壳体(30)；所述比色池壳体(30)上端与比色池固定环(17)连接，比色池壳体(30)下端外侧为六方形，其中三个方形面上安装9只不同波长超高亮度发光二极管(24、25、26)，与其相对应的三个方型面上安装3只检测器(3)在比色池(2)中放置带刻度的玻璃比色瓶(21)，比色瓶(21)的瓶口用橡皮塞(22)密封，比色瓶定位器(23)上设卡头(28)，比色池(2)上设卡头(28)，通过卡头(28)和卡口(29)定位比色瓶(21)。
2.根据权利要求1所述的多功能现场比色测定仪，其特征在于所述超高亮发光二极管(24、25、26)，既作光源，又作单色器，可用412nm、430nm、470nm、520nm、550nm、575nm、610nm、630nm和860nm等9种不同波长单色光的超高亮发光二极管。
3.根据权利要求1或2所述的多功能现场比色测定仪，其特征在于所述的检测器(3)为集成光电传感器(27)，型号为TSL201、TSL202、TSL208、TLS220、TSL230、TSL235、TSL245、TSL250、TSL251、TSL252、TSL253、TSL254、TSL255、TSL257、TSL260、TSL261和TSL262。
4.根据权利要求1或2所述的多功能现场比色测定仪，其特征在于所述的可充电电源(5)为锂离子充电电池，所选用的电压为3.6或7.2V。
5.根据权利要求1或2所述的多功能现场比色测定仪，其特征在于所述传感器(7)为空气质量流量传感器、温度传感器、压力传感器和湿度传感器。
专利摘要公开了一种小型、便携式、多功能现场比色测定仪，特别是测定空气中甲醛和氨及二氧化硫、臭氧、二氧化氮、硫化氢、氯、铍、吡啶、硝酸盐、酚类化合物等；定量测定食品、纺织品和装饰装修材料(人造板、家具、涂料、胶粘剂、壁纸、地毯)中甲醛和甲醛次硫酸氢钠及土壤和肥料中氮、磷、钾、有机质、pH值等含量的仪器。它主要由LED光源、比色池、检测器、微处理器、可充电电源、空气采样泵、传感器、液晶显示屏、按键，打印机、电源接口、RS－232接口、开/关、气体出入口、气泡吸收管固定架和壳体组成。该仪器重现性好，测定速度快，使用方便。
文档编号G01N21/25GK2634469SQ0223489
公开日2004年8月18日 申请日期2002年5月20日 优先权日2002年5月20日
发明者金钦汉, 李双丰, 李宝华, 曹彦波, 陈焕文, 于爱民, 王振德, 郭继光, 白全海, 沈金波 申请人:吉林大学, 长春吉大·小天鹅仪器有限公司