多参数重金属在线分析仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多参数重金属在线分析仪，用于检测水质中的重金属含量，其特征在于包括：控制模块以及分别与其连通的水样采集预处理模块、定量模块、检测模块和废液排空模块，其中，控制模块控制水样采集预处理模块将测试水样引入定量模块中，经压力泵和输液管道将定量模块中的测试水样压入检测模块中，通过检测模块对测试水样中的重金属含量进行检测，检测后的测试水样导入废液排空模块，通过废液排空模块排到废液桶中。试剂流路根据测试要求独立，流路无交叉污染；精密的定量方式，保证测试结果准确度；根据不同定量精度的要求，采取不同定量方式，降低成本，减小维护量；汞液回收和镀铋膜减少环境二次污染。
【专利说明】多参数重金属在线分析仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水质中重金属监测的在线分析仪，尤其涉及的是多参数重金属分析仪。
【背景技术】
[0002]目前重金属在线分析仪器主要采用两种分析方法，分别是紫外光-可见光分光光度法和电化学法。紫外光-可见光分光光度法重金属在线分析仪器在目前的重金属在线分析仪市场上应用最多，具有成本低的优点，但是检测限只能达到几十个PPb水平，大部分只能用于工业废水的在线监测，无法满足饮用水、地表水和地下水中的重金属在线监测要求，并且试剂消耗量大，测试时间长，维护成本高。市场上另外一种重金属在线分析仪的方法是电化学法，该方法法灵敏度很高、选择性好、检测限低，被测物质浓度可达到PPb量级，仪器流路简单、操作方便、适合地表水及地下水在线分析与化工生产中自动控制。电化学法重金属在线分析仪具有检测限低、可以小于一个PPb水平，但是目前国内的电化学重金属在线分析仪处于被国外仪器垄断的地位，仪器购买成本高，在国内推广很难。
[0003]目前市场上的电化学法测定重金属在线分析仪器主要为国外仪器，采用电极主要为滴汞电极，消耗大量的汞，对滴汞控制部件要求非常高，而且运行过程中不能够受到任何震动，另外汞和汞的氧化物具有很强的毒性，会对水体造成二次污染。本申请针对以上要求，设计了一种多参数重金属在线分析仪，满足在线监测仪器的要求。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于，提供了一款低检测限，高选择性，高稳定性，无二次污染，运行成本低的用于同时检测多种元素的重金属在线分析仪。
[0005]本实用新型提供了一种多参数重金属在线分析仪，用于检测水质中的重金属含量，其包括:控制模块以及分别与其连通的水样采集预处理模块、定量模块、检测模块和废液排空模块，其中，控制模块控制水样采集预处理模块将测试水样引入定量模块中，经压力泵和输液管道将定量模块中的测试水样压入检测模块中，通过检测模块对测试水样中的重金属含量进行检测，检测后的测试水样导入废液排空模块，通过废液排空模块排到废液桶中。
[0006]优选地，所述多参数重金属在线分析仪还包括稀释模块，所述稀释模块连通于定量模块和检测模块之间，以对定量模块中导出的测试水样进行稀释处理。
[0007]优选地，所述水样采集预处理模块包括若干个多岐阀、空气和碱液切换阀和稀释切换阀，所述多岐阀分别与水样桶、去离子水桶和消解液桶相连通，分别向定量模块导入对应的测试水样或试剂，所述空气与碱液切换阀与其中一多岐阀连通，在空气和碱液切换阀中，空气切换阀与空气连通，碱液切换阀与碱液连通，稀释切换阀的常开端分别与多岐阀和稀释池连通，公共端与蠕动泵连通。多岐阀分别接空气切换阀的公共端、水样、消解液、酸液、去离子水实现流路切换。空气和碱液切换阀实现进样和搅拌的功能转换。稀释切换阀实现水样和稀释液的切换。
[0008]所述定量模块包括消解池、六通定量阀和定量泵，其中，消解池与试剂多岐阀之间通过消解池切换阀连通，六通定量阀连通于稀释模块与检测模块之间，定量泵通过一流路切换阀与反应池连通。消解池实现待测水样消解得到总的重金属离子、六通定量阀通过切换定量环实现消解水样的定量作用，定量泵实现抽取将待定量液体充满定量环。所述检测模块包括反应池、内置于反应池中的电极和搅拌器，所述搅拌器与控制模块电连接，所述反应池与镀膜液泵和稀释池连通，将镀膜液和稀释后的测试水样导入反应池中。
[0009]其中，所述电极包括工作电极、辅助电极和参比电极，其中，工作电极分别与辅助电极和参比电极组成电流回路，所述工作电极选自玻璃碳电极或金电极，所述辅助电极选自钼丝电极或钼片电极，所述参比电极选自银/氯化银电极或饱和甘汞电极。
[0010]所述消解池与消解池切换阀之间，以及在所述蠕动泵与稀释切换阀之间设有光电检测装置。在消解池切换阀与稀释切换阀之间设有蠕动泵。与现有技术相比，本实用新型多参数重金属在线分析仪的液体流路采用独立分离的原则，按照不同定量精确度的要求选用多种定量方式，由于定量的是定量阀中的规定体积，避免蠕动泵的磨损和泵管之间的死体积对计量精度的影响，进样使用空气作为载体，同时避免了试剂间的相互污染，也保证进样试剂的准确。本实用新型采用精密的定量阀，以及成本低的蠕动泵，不仅保证了定量的精度，而且减低成本，并大大保证并延长系统的使用寿命，减少了维护量。本实用新型的关键试剂，采用部分试剂流路独立，充分避免试剂的交叉污染。同时，本实用新型采用的工作电极是固体电极，包括玻碳电极，金电极等，有效避免传统滴汞电极在测试中的二次污染，另外玻碳电极的电位窗口宽，可以测试多种物质。另外本实用新型的镀膜液采用回收循环利用或无缓解污染的镀膜液，完全没有二次污染，电极的线性度和重复性优于滴汞电极。在反应器中采用惰性气体除氧，起到了搅拌的效果还有效去除消解水样中的氧气对测量的影响，另外一次镀膜可以测量200次以上，减少了维护量，镀膜优选铋膜或汞膜，其中铋膜无环境污染。
[0011]本多参数重金属在线分析仪的试剂流路根据测试要求独立，流路无交叉污染；精密的定量方式，保证测试结果准确度；根据不同定量精度的要求，采取不同定量方式，降低成本，减小维护量；汞液回收和镀铋膜减少环境二次污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的多参数重金属在线分析仪的模块示意图；
[0013]图2为本实用新型的多参数重金属在线分析仪的管路示意图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行进一步的说明。
[0015]本实用新型提供了一种多参数重金属在线分析仪，用于检测水质中的重金属含量，其包括:控制模块10以及分别与其连通的水样采集预处理模块20、定量模块30、检测模块40和废液排空模块50，控制模块10对各功能模块进行集成控制。其中，控制模块10控制水样采集预处理模块20将测试水样引入定量模块30中，经压力泵和输液管道将定量模块30中的测试水样压入检测模块40中，通过检测模块40对测试水样中的重金属含量进行检测，检测后的测试水样导入废液排空模块50，通过废液排空模块50排到废液桶中。
[0016]在本实用新型的优选实施例中，所述重金属在线分析仪还进一步包括稀释模块60，所述稀释模块60连通于定量模块30和检测模块40之间，以对定量模块30中导出的测试水样进行稀释处理，通过稀释处理，获得低浓度的测试水样。
[0017]水样采集预处理模块20包括若干个多岐阀1、2、空气和碱液切换阀22和稀释切换阀13，其中，所述多岐阀分别与水样桶、去离子水桶和消解液桶相连通，实现不同种类液体之间的切换，例如:水样和消解液之间的切换。分别向定量模块30导入对应的测试水样或试剂。在图2中，多岐阀1-1与水样桶连通，多岐阀1-2、多岐阀1-3与消解液桶连通，多岐阀1-4与去离子水桶连通，多岐阀1-5与空气和碱液切换阀22的公共端12-3相连通，在空气和碱液切换阀22中，空气切换阀12-1与空气连通，碱液切换阀12-2与碱液连通，多岐阀的公共端1-8与稀释切换阀13的常开端13-2连通，稀释切换阀13的公共端13_3与蠕动泵8连通，稀释切换阀13的常开端13-1与稀释池连通。所述多岐阀优选两位三通阀。多岐阀I分别接空气切换阀的公共端、水样、消解液、酸液、去离子水实现流路切换。空气和碱液切换阀实现进样和搅拌的功能转换。稀释切换阀实现水样和稀释液的切换。
[0018]所述定量模块30包括消解池7、六通定量阀3和定量泵10，其中，在消解池7与多岐阀1、2之间设置消解池切换阀14，消解池切换阀14的常开端14-1与蠕动泵8相连通，消解池切换阀14的常开端14-2与多岐阀1、2相连通，消解池切换阀14的公共端14_3与消解池7连通。由多岐阀1、2向消解池7导入测试水样、去离子水和消解液，在消解池7的进水口设置有光电液位检测模块，以计量导入消解池7中的混合液。六通定量阀3与多岐阀
1、2相连通，通过泵15与稀释池6连通，切换控制消解水样从稀释池6导入消解并稀释后的测试水样，或由多岐阀1、2导入水样、去离子水和消解液，在六通定量阀3的出水端设有光电液位检测模块，以对由六通定量阀3计量导入反应池5的测试水样进行混合。定量泵10通过流路切换阀18与反应池5连通，在流量切换阀18与定量泵10之间设置光电液位检测模块，以计量定量地导入测试水样。
[0019]所述检测模块40包括反应池5、内置于反应池5中的电极和搅拌器，所述搅拌器与控制模块10电连接，所述反应池与镀膜液泵和稀释池连通，将镀膜液和稀释后的测试水样导入反应池中。所述电极包括工作电极、辅助电极和参比电极，其中，工作电极分别与辅助电极和参比电极组成电流回路，所述工作电极选自玻璃碳电极或金电极，所述辅助电极选自钼丝电极或钼片电极，所述参比电极选自银/氯化银电极或饱和甘汞电极。在反应池5中，使用布气环对测试水样进行混合，采用氮气或机械对测试水样进行搅拌。
[0020]重金属含量的测试过程如下:控制氮气通断进行除氧，控制模块10在搅拌和除氧时，给工作电极施加恒定的电位，测试水样中部分被测重金属即还原到工作电极上，然后，停止搅拌或鼓气，接着给工作电极一定电位，再以工作电极施加一定变化规律的扫描电位，这时，被富集在工作电极上的重金属重新被氧化并溶解到测试水样中，同时采集流经工作电极和辅助电极的电流以及工作电极的电位，把采集到的电位和电流送到控制模块进行数据处理，从而获得未知水样中被测重金属的种类和浓度信息。最后，控制模块控制废液排空模块启动泵将反应池5中的废液排放到废液桶中。
[0021]所述稀释模块60连通于定量模块30和检测模块40之间，以对定量模块30中导出的测试水样进行稀释处理。稀释模块60包括稀释池6，去离子水2-5与多岐阀2相连，多岐阀公共端与六通定量阀3相连，定量泵10与流路切换阀16的公共端16-3相连，流路切换阀16的常开端16-1与六通定量阀3相连，六通定量阀3与稀释池6相连，稀释池6与稀释切换阀常开端13-1相连。通过稀释模块60将定量引入的测试水样进行稀释，然后导入至反应池5进行重金属的浓度检测。通过对测试水样进行稀释，避免高浓度溶液对仪器产生腐蚀。
[0022]所述消解池7与消解池切换阀14之间有光电检测装置，在消解池切换阀14与稀释切换阀13之间设有蠕动泵8，在所述蠕动泵8与稀释切换阀13之间也设有光电检测装置，消解池切换阀实现待消解液体的吸入和排出、稀释切换阀实现水样和稀释液的切换、蠕动泵实现定量环中待定量液体的定量和排出，光电检测装置实现判定定量环定量完成及排空。
[0023]本实用新型还提供了采用多参数重金属在线分析仪进行检测的方法，其包括以下步骤:
[0024]步骤I)采集预处理模块分别从水样桶、去离子水桶和消解液桶中提取出水样、去离子水和消解液，导入定量模块的消解池混合而成测试水样中；
[0025]步骤2)采用蠕动泵将镀膜液定量输送至反应池中，同时，经蠕动泵将消解液桶内的测试水样导入稀释池中，经稀释后由六通定量阀定量导入反应池中，将测试水样和镀膜液在反应池中混合；
[0026]步骤3)控制模块控制搅拌器搅拌反应池内的溶液，控制氮气通断进行除氧，在搅拌和除氧条件下，给工作电极施加恒定电位，测试水样中的被测重金属即被还原到工作电极上，停止搅拌和鼓气，再以工作电极施加一定的变化规律的扫描电位，使得富集在工作电极上的重金属重新被氧化并溶解到测试水样中；
[0027]步骤4)将所采集的工作电极、辅助电极的电流和工作电极的电位送到控制模块进行数据处理，获得测试水样中被测重金属的种类和浓度信息；
[0028]步骤5)控制模块控制废液排空模块将反应池中的废液排到废液桶。
[0029]在步骤I)中，在稀释池中，通过搅拌器充分搅拌稀释池里的水样，达到混合均匀的目的，通过蠕动泵8吸取水样1-1和消解液1-2，1-3进入消解池7内消解反应，同时向消解池7中鼓入空气，提高消解效果。
[0030]接着，由控制模块10控制多岐阀1、2、六通定量阀3、流路切换阀17、18和定量泵10，使得消解水样2-2流经六通定量阀3，待充满定量环后，流路切换阀16切换到相应的六通定量阀3，气动蠕动泵11，泵入空气介质使得定量环中的消解水样进入反应池5中。采用相同的方法，分别将其他电解质2-3、校正液2-4等定量进样引入反应池5中。然后，将消解后的测试水样定量引入稀释池6中，经稀释后，分别将测试水样、去离子水等采用六通定量阀经光电液位检测，并引入反应池5中进行氧化还原反应，先还原后氧化，将富集在工作电极上的重金属重新被氧化并溶解到测试水样中，结合工作电极、辅助电极的电流和工作电极的电位进行数据处理，获得测试水样中被测重金属的种类和浓度信息。再根据稀释因子进行浓度转换，获得实际的浓度值。最后，控制废液排放模块启动泵将反应池中的废液排到废液桶。
[0031]本实用新型的液体流路采用独立分离的原则，按照不同定量精确度的要求选用多种定量方式，采用蠕动泵8定量水样进入消解池7，采用蠕动泵9定量镀膜液9-1到反应池5，采用光电液位检测模块定量提取消解液，采用定量泵10、蠕动泵11、流路切换阀16、17、18、六通定量阀3有机结合的方式，实现精确定量，从20微升到10毫升。本仪器优选2毫升，由于定量的是定量阀中的规定体积，避免蠕动泵的磨损和泵管之间的死体积对计量精度的影响，进样使用空气作为载体，同时避免了试剂间的相互污染，同时避免了试剂间的相。本实用新型采用精密的定量阀，以及成本低的蠕动泵，不仅保证了定量的精度，而且减低成本，并大大保证并延长系统的使用寿命，减少了维护量。本实用新型的关键试剂，采用部分试剂流路独立，充分避免试剂的交叉污染。
[0032]本实用新型采用的工作电极是固体电极，包括玻碳电极，金电极等，有效避免传统滴汞电极在测试中的二次污染，另外玻碳电极的电位窗口宽，可以测试多种物质。另外本实用新型的镀膜液采用回收循环利用或无缓解污染的镀膜液，完全没有二次污染，电极的线性度和重复性优于滴汞电极。在反应器中采用惰性气体除氧，起到了搅拌的效果还有效去除消解水样中的氧气对测量的影响，另外一次镀膜可以测量200次以上，减少了维护量，镀膜优选铋膜或汞膜，其中铋膜无环境污染。
【权利要求】
1.一种多参数重金属在线分析仪，用于检测水质中的重金属含量，其特征在于包括:控制模块以及分别与其连通的水样采集预处理模块、定量模块、检测模块和废液排空模块，其中，控制模块控制水样采集预处理模块将测试水样引入定量模块中，经压力泵和输液管道将定量模块中的测试水样压入检测模块中，通过检测模块对测试水样中的重金属含量进行检测，检测后的测试水样导入废液排空模块，通过废液排空模块排到废液桶中。
2.根据权利要求1所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:进一步包括稀释模块，所述稀释模块连通于定量模块和检测模块之间，以对定量模块中导出的测试水样进行稀释处理。
3.根据权利要求2所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:所述水样采集预处理模块包括若干个多岐阀、空气和碱液切换阀和稀释切换阀，所述多岐阀分别与水样桶、去离子水桶和消解液桶相连通，分别向定量模块导入对应的测试水样或试剂，所述空气与碱液切换阀与其中一多岐阀连通，在空气和碱液切换阀中，空气切换阀与空气连通，碱液切换阀与碱液连通，稀释切换阀的常开端和常闭端分别与多岐阀和稀释池连通，稀释切换阀的公共端与蠕动泵连通，多岐阀分别接空气切换阀的公共端、水样、消解液、酸液、去离子水实现流路切换。
4.根据权利要求3所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:所述定量模块包括消解池、六通定量阀和定量泵，其中，消解池与试剂多岐阀之间通过消解池切换阀连通，六通定量阀连通于稀释模块与检测模块之间，定量泵通过一流路切换阀与反应池连通。
5.根据权利要求4所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:所述检测模块包括反应池、内置于反应池中的电极和搅拌器，所述搅拌器与控制模块电连接，所述反应池与镀膜液泵和稀释池连通，将镀膜液和稀释后的测试水样导入反应池中。
6.根据权利要求5所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:所述电极包括工作电极、辅助电极和参比电极，其中，工作电极分别与辅助电极和参比电极组成电流回路，所述工作电极选自玻璃碳电极或金电极，所述辅助电极选自钼丝电极或钼片电极，所述参比电极选自银/氯化银电极或饱和甘汞电极。
7.根据权利要求3所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:所述消解池与消解池切换阀之间，以及在所述蠕动泵与稀释切换阀之间设有光电检测装置。
8.根据权利要求3所述的多参数重金属在线分析仪，其特征在于:在消解池切换阀与稀释切换阀之间设有蠕动泵。
【文档编号】G01N27/30GK203688493SQ201320835330
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】乐文志, 李艳丽, 文新江, 王勇平 申请人:中兴仪器（深圳）有限公司