本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种用于水在线监测的前处理装置。
背景技术：
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目前环境水样品在线监测的前处理过程中，富集和消解过程往往模式固定：在低有机质含量且水体成分不复杂的水中，通常采用先富集后消解的方法，此方法具有所需化学试剂少，样品消解量少等优点；在高有机质含量且成分复杂的水体中则采用先消解后富集的方法，此方法相比前者需要消解的样品量大，酸用量大，且需要额外的pH调节试剂，存在环境污染的风险。此两种方法对单一稳定性质的水源具有监测的稳定性，然而对于某些不确定性水源，监测过程易受水质性质变化影响。比如在突发条件下，水体有机质含量急剧升高，先富集后消解模式下，富集柱极易达到吸附饱和从而降低其富集效率和稳定性。在此种水质性质经常急剧变化的工况下富集柱极易损坏。在先消解后富集的模式下，若水体有机质含量急剧降低，以此种方法消解的过程中需要大量不必要的酸，且pH调节过程也需要额外的试剂，既增加了试剂用量也增加了环境污染的风险，且仪器运行的经济性大大下降。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种用于水在线监测的前处理装置，该装置结构简单，实用性强，对环境水样的适应性强，可根据水质状况自动调节，通过程序控制实现先富集后消解或先消解后富集两种模式的灵活切换，实现了样品的连续消解富集和富集消解过程，保障了检测设备的稳定性和可靠性，且延长仪器耗材的使用寿命，可作为在线监测仪器的前处理模块实现水样连续在线监测，降低了成本，减少化学试剂的使用量，降低了对环境污染的风险。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种用于水在线监测的前处理装置，该装置包括依次连通的阀切换系统、蠕动泵、富集系统、消解系统，此外还包括控制系统；所述控制系统连接所述阀切换系统、蠕动泵、富集系统和消解系统；所述阀切换系统为六通阀，六通阀的六个接口分别连通水样进液管、第一洗脱液进液管、消解酸液进液管、第一废液收集管、液体样品收集管和pH调节液进液管，六通阀的公共端连通所述蠕动泵，六通阀的控制端连接所述控制系统；所述蠕动泵的前端连通六通阀的公共端，蠕动泵的后端连通富集系统，蠕动泵的控制端连接所述控制系统；所述富集系统包括富集柱、跟富集柱依次连通的电磁阀和管路，所述富集系统电磁阀控制端与控制系统连接；所述电磁阀为三通电磁阀；所述富集柱上端连通第二电磁阀，富集柱下端连通第四电磁阀，所述第二电磁阀还依次经第一电磁阀、第三电磁阀跟第四电磁阀连通，所述第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、富集柱和第二电磁阀构成一个回路；所述第二电磁阀还跟消解系统连通，所述第一电磁阀还跟蠕动泵的后端连通，富集系统进液端经所述第三电磁阀跟第二洗脱液进液管连通，富集系统出液端经所述第四电磁阀跟第二废液收集管连通；所述消解系统下端的进液口跟富集系统的第二电磁阀连通，消解系统上端设有限压阀、空气阀和清洗阀，还设有温控装置，温控装置、限压阀、空气阀和清洗阀的控制端与所述控制系统连接。
所述控制系统采用单片机自动控制，优选地，在此基础上增加各类数据通信，数据处理模块，实现数据的自动采集、分析及智能控制。
优选地，所述消解系统为罐式消解装置。
所述六通阀实现各类液体的进液和流出；蠕动泵为液体流动提供动力；富集系统实现水样的吸附与解吸；消解系统实现水样的消解；控制系统通过程序控制六通阀切换，蠕动泵转速及方向，富集系统中三通电磁阀连通状态，消解系统中温控装置、限压阀、空气阀和清洗阀的开关状态，实现先富集后消解模式和先消解后富集模式这两种模式的切换以及液体工况选择。
本发明还保护上述装置的使用方法，在先富集后消解模式下，控制系统控制六通阀切换到水样进液管、蠕动泵正转、富集系统中第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀切换，水样通过水样进液管进入六通阀，再通过管路经蠕动泵进入富集系统，经第一电磁阀、第二电磁阀进入富集柱进行吸附，吸附完成后通过富集系统中第四电磁阀进入第二废液收集管完成样品吸附过程。在洗脱过程中，控制系统控制六通阀切换、富集系统中的第一、三、四和二电磁阀切换、消解系统中的空气阀开启，洗脱液通过第一洗脱液进液管进入六通阀，再通过连接管路经蠕动泵进入富集系统。在富集系统中，洗脱液先后通过第一、三和四电磁阀和富集柱，再经过第二电磁阀进入消解系统。当一定量的洗脱液通过富集柱后，控制系统控制六通阀切换、富集系统中第一、二电磁阀切换。消解系统用的消解酸通过消解酸液进液管进入六通阀，再经过蠕动泵，通过富集系统中的第一、二电磁阀进入消解系统。在液体消解过程中，消解系统的空气阀、清洗阀关闭，消解温度和时间通过温控装置控制。等消解完成后，控制系统控制空气阀打开，蠕动泵反转，六通阀切换，液体通过富集系统中的第二、一电磁阀和蠕动泵进入六通阀，从六通阀的液体样品收集管流出待测。
在先消解后富集模式下，控制系统控制六通阀、蠕动泵、富集系统中第一、二电磁阀切换及消解系统中空气阀开启，水样通过水样进液管进入六通阀，再经蠕动泵、富集系统中的第一、二电磁阀直接进入消解系统，水样进入一定体积后，控制系统控制六通阀切换，消解系统用的消解酸以同样方式从六通阀的消解酸液进液管进入六通阀，再经过蠕动泵、富集系统中的第一、二电磁阀直接进入消解系统；在液体消解过程中，消解系统的空气阀、清洗阀关闭，消解温度和时间通过温控装置控制。等消解完成后，控制系统控制空气阀打开，pH调节液通过六通阀的pH调节液进液管进入六通阀，再经过蠕动泵、富集系统中的第一、二电磁阀进入消解系统。完成消解样品pH调节后，控制系统控制空气阀开启、富集系统中第二、四、三和一电磁阀切换、蠕动泵反转，六通阀切换，液体从消解系统中流出，通过富集系统中的第二电磁阀进入富集柱进行吸附，吸附完成后通过第四、三、一电磁阀和蠕动泵进入六通阀再从第一废液收集管流出。洗脱过程中，控制系统控制富集系统中第三、四、二和一电磁阀切换，洗脱液从富集系统中的第二洗脱液进液管依次经第三电磁阀、第四电磁阀进入富集柱，再依次经过第二电磁阀、第一电磁阀、蠕动泵进入六通阀，从液体样品收集管流出，完成消解富集后的洗脱。
在管路清洗模式下，控制系统控制消解系统中空气阀关闭、清洗阀开启、蠕动泵反转，清洗液通过清洗阀流过消解系统消解管路，再通过富集系统中的第二电磁阀、富集柱、第四、三、一电磁阀经过蠕动泵进入六通阀，清洗液从六通阀的第一废液收集管流出完成管路清洗过程。当清洗液进入一定量后，控制系统控制清洗阀关闭，空气阀开启，待清洗液从整个管路中流完后，清洗阀重新开启，空气阀关闭，开始第二次清洗。
本发明的有益效果如下：
1.本发明对环境水样的适应性强，除了适用于性质稳定，成分单一的水质在线监测的前处理过程外，还能适应水质剧烈变化，水质成份复杂，且多变的情况，通过程序设定，软件控制能大大提高前处理装置的稳定性和可靠性，且延长仪器耗材的使用寿命。
2.本系统结构简单，管路系统只需单个蠕动泵就可实现流体的流向及流速控制，实现简单，成本低廉。
3.本发明通过程序控制实现先富集后消解或先消解后富集这两种模式的灵活切换，不但可适应各类不同水质，还可减少化学试剂的使用量，降低了对环境污染的风险。对长期运行的设备也有效地降低了成本。
4、本发明还可以实现管路的清洗。
总之，本发明结构简单，实用性强，对环境水样的适应性强，可根据水质状况自动调节，通过程序控制实现先富集后消解或先消解后富集这两种模式的灵活切换，实现了样品的连续消解富集和富集消解过程，保障了检测设备的稳定性和可靠性，且延长仪器耗材的使用寿命，可作为在线监测仪器的前处理模块实现水样连续在线监测，降低了成本，减少化学试剂的使用量，降低了对环境污染的风险。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
其中，1、六通阀，2、蠕动泵，3、富集系统，4、消解系统，5、控制系统，11、水样进液管，12、第一洗脱液进液管，13、消解酸液进液管，14、液体样品收集管，15、pH调节液进液管，16、第一废液收集管，30、富集柱，31、第一电磁阀，32、第二电磁阀，33、第三电磁阀，34、第四电磁阀，35、第二洗脱液进液管36、第二废液收集管，40、温控装置，41、限压阀，42、空气阀，43、清洗阀。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
结构如图1所示的一种用于水在线监测的前处理装置，该装置包括依次连通的六通阀1、蠕动泵2、富集系统3、消解系统4，此外还包括控制系统5；所述控制系统5连接所述六通阀1、蠕动泵2、富集系统3和消解系统4；六通阀1的六个接口分别连通水样进液管11、第一洗脱液进液管12、消解酸液进液管13、第一废液收集管16、液体样品收集管14和pH调节液进液管15，六通阀1的公共端连通所述蠕动泵2，六通阀1的控制端连接所述控制系统5；所述蠕动泵2的前端连通六通阀1的公共端，蠕动泵2的后端连通富集系统3，蠕动泵2的控制端连接所述控制系统5；所述富集系统3包括富集柱30、跟富集柱30依次连通的电磁阀31-34和管路，所述富集系统3的电磁阀控制端与控制系统5连接；所述电磁阀31-34为三通电磁阀；所述富集柱30上端连通第二电磁阀32，富集柱30下端连通第四电磁阀34，所述第二电磁阀32还依次经第一电磁阀31、第三电磁阀33跟第四电磁阀34连通，所述第一电磁阀31、第三电磁阀33、第四电磁阀34、富集柱30和第二电磁阀32构成一个回路；所述第二电磁阀32还跟消解系统4连通，所述第一电磁阀31还跟蠕动泵2的后端连通，富集系统3进液端经所述第三电磁阀33还跟第二洗脱液进液管35连通，富集系统3出液端经所述第四电磁阀34还跟第二废液收集管36连通；所述消解系统4为罐式消解装置，罐式消解装置下端的进液口跟富集系统3的第二电磁阀32连通，罐式消解装置上端设有限压阀41、空气阀42和清洗阀43，罐式消解装置还设有温控装置40，所述温控装置40、限压阀41、空气阀42和清洗阀43的控制端与所述控制系统5连接。六通阀1的控制端、蠕动泵2的控制端、富集系统3的电磁阀控制端、消解系统4中的温控装置40、限压阀41、空气阀42和清洗阀43的控制端都连接所述控制系统5。
在先富集后消解模式下，控制系统5控制六通阀1切换到水样进液管11、蠕动泵2正转、富集系统3中第一电磁阀31、第二电磁阀32、第四电磁阀34切换，水样通过水样进液管11进入六通阀1，再通过管路经蠕动泵2进入富集系统3，经第一电磁阀31、第二电磁阀32进入富集柱30进行吸附，吸附完成后通过富集系统3中第四电磁阀34进入第二废液收集管36完成样品吸附过程。在洗脱过程中，控制系统5控制六通阀1切换、富集系统3中的第一电磁阀31、第三电磁阀33、第四电磁阀34和第二电磁阀32切换、消解系统4中的空气阀42开启，洗脱液通过第一洗脱液进液管12进入六通阀1，再通过连接管路经蠕动泵2进入富集系统3。在富集系统3中，洗脱液先后通过第一电磁阀31、第三电磁阀33、第四电磁阀34和富集柱30，再经过第二电磁阀32进入消解系统4。当一定量的洗脱液通过富集柱30后，控制系统5控制六通阀1切换、富集系统3中第一电磁阀31、第二电磁阀32切换，消解系统用的消解酸通过消解酸液进液管13进入六通阀1，再经过蠕动泵2，通过富集系统3中的第一电磁阀31、第二电磁阀32进入消解系统4。在液体消解过程中，消解系统3的空气阀42、清洗阀43关闭，消解温度和时间通过温控装置40控制。等消解完成后，控制系统5控制空气阀42打开，蠕动泵2反转，六通阀1切换，液体通过富集系统3中的第二电磁阀32、第一电磁阀31和蠕动泵2进入六通阀1，从六通阀1的液体样品收集管14流出待测。
在先消解后富集模式下，控制系统5控制六通阀1、蠕动泵2、富集系统3中第一电磁阀31、第二电磁阀32切换及消解系统4中空气阀42开启，水样通过水样进液管11进入六通阀1，再经蠕动泵2、富集系统3中的第一电磁阀31、第二电磁阀32直接进入消解系统4，水样进入一定体积后，控制系统5控制六通阀1切换，消解系统用的消解酸以从六通阀1的消解酸液进液管13进入六通阀1，再经过蠕动泵2、富集系统3中的第一电磁阀31、第二电磁阀32直接进入消解系统4；在液体消解过程中，消解系统4的空气阀42、清洗阀43关闭，消解温度和时间通过温控装置40控制。等消解完成后，控制系统5控制空气阀42打开，pH调节液通过六通阀1的pH调节液进液管15进入六通阀1，再经过蠕动泵2、富集系统3中的第一电磁阀31、第二电磁阀32进入消解系统4。完成消解样品pH调节后，控制系统5控制空气阀42开启、富集系统3中第二电磁阀32、第四电磁阀34、第三电磁阀33和第一电磁阀31切换、蠕动泵2反转，六通阀1切换，液体从消解系统4中流出，通过富集系统3中的第二电磁阀32进入富集柱30进行吸附，吸附完成后通过第四电磁阀34、第三电磁阀33、第一电磁阀31和蠕动泵2进入六通阀1再从第一废液收集管16流出。洗脱过程中，控制系统5控制富集系统3中第三电磁阀33、第四电磁阀34、第二电磁阀32和第一电磁阀31切换，洗脱液从富集系统3中的第二洗脱液进液管35依次经第三电磁阀33、第四电磁阀34进入富集柱30，再依次经过第二电磁阀32、第一电磁阀31、蠕动泵2进入六通阀1，从液体样品收集管14流出，完成消解富集后的洗脱。
在管路清洗模式下，控制系统5控制消解系统4中空气阀42关闭、清洗阀43开启、蠕动泵2反转，清洗液通过清洗阀43流过消解系统4消解管路，再通过富集系统3中的第二电磁阀32、富集柱30、第四电磁阀34、第三电磁阀33、第一电磁阀31经过蠕动泵2进入六通阀1，清洗液从六通阀1的第一废液收集管16流出完成管路清洗过程。当清洗液进入一定量后，控制系统5控制清洗阀43关闭，空气阀42开启，待清洗液从整个管路中流完后，清洗阀43重新开启，空气阀42关闭，开始第二次清洗。