全功能水质在线监测仪的制作方法

本发明涉及一种水质监测仪器。

背景技术：

水的质量、特别是自来水与通过各种设备制备的纯净水的质量，和人类的日常生活及身体健康密切相关。由于工业污染、农业污染、自然灾害、管道老化、人工疏忽等各种原因，都会向自来水中引入污染物。纯净水，无论是采用过滤法、电渗析器法、离子交换器法、反渗透法、蒸馏法、或其他适当的加工方法制备，都会因为过滤材料污染、停电、离子交换树脂饱和或老化、膜老化或变形、蒸馏通道的污染、人工疏忽、等各种原因，导致纯净水的不纯净。因此，在不断完善自来水和纯净水净化技术和强化管理的同时，必须配置合适的方法监测这些水的水质，维护人体健康。

虽然已经开发成功有多种用于监测水的质量的检测方法和设备，但是，由于水中的污染物种类太多，如各种微生物，病毒、细菌、真菌、原生动物、藻，各种重金属水溶性盐、其它水溶性盐、各种水溶性有机物和挥发性有机物、各种悬浮颗粒、氮元素物质、磷元素物质、放射性物质等等，要完成很多测试后，才能判断水的质量，速度慢，且成本高。

自来水和采用各种设备制备的纯净水，一般需要快速了解它们的水质，以确保人类可以随时使用，因此，需要发明出单一的、快速检测水质的在线监测仪，特别是便携式全功能水质在线监测仪。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速测量、并且测量准确的水质监测仪器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种全功能水质在线监测仪，包括管道，所述管道的进水端连接至外界水管，所述管道沿水流的流动方向依次设有电场诱导区和紫外可见光传感区，所述电场诱导区包括设于管道内的沿水流方向延伸相对平行设置的正极板和负极板，所述紫外可见光传感区包括设于管道外侧的相对设置的紫外可见光传感器和紫外可见光光源。

为了防止电场对水中水溶性无色盐的影响失效，所述紫外可见光传感区与电场诱导区之间的间距小于3cm。

优选地，所述电场诱导区，正极板和负极板的面积为3mm²-8cm²，正极板和负极板之间的距离为2mm-5cm，施加在正负电极板上的电压为2v-30v。

为了便于测量，还包括比对池，比对池中放有合格的水作为参照，所述比对池位于所述紫外可见光传感区的管道的相邻位置，并且同样位于紫外可见光传感器和紫外可见光光源之间。

优选地，所述紫外可见光光源的波长在270nm～400nm。

为了使测定的结果更加稳定，所述管道的出水口的内径小于进水口的内径。

优选地，所述管道的出水口的内径为进水口内径的50％以内。

与现有技术相比，本发明的优点在于该全功能水质在线监测仪，能够迅速、准确得测出水中多种污染物的变化并且进行实时报警，不但结构简单，实施容易，成本低，而且测量报警准确，能够同时测量多种水中污染物，实现全功能快速监测。

附图说明

图1为本发明实施例的全功能水质在线监测仪的示意图。

图2为图1中A方向的示意图。

图3为本发明实施例的全功能水质在线监测仪的另一实施例的示意图。

图4为本发明第二实施例的在线监测仪测得的水中菌落总数与吸光度之间的关系示意图。

图5为本发明第二实施例的在线监测仪测得的水中钠浓度与吸光度之间的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。

本发明实施例的全功能水质在线监测仪，包括管道1，管道1内的水从入口端向出口端单向流动，管道1的入口端与外界的水道连通用于接入需要测量的水。

如图1、2所示，管道1内根据水流的流动方向依次设置有电场诱导区3和紫外可见光传感区2。该紫外可见光传感区2包括设于管道1的外侧的紫外可见光传感器21，并且管道1的相对于紫外可见光传感器21的另一侧外设有紫外可见光光源22。该电场诱导区3包括设于管道1内的两块沿水流方向延伸相对平行设置的极板，分别为正极板31和负极板32，正极板和负极板分别连接至外界电源的正负极，该外界电源优选为交流电。该电场诱导区3可以采用点式电场，例如采用接触式电导电极。由于外加电场诱导了水中水溶性无色盐的离子在水中有序快速运动，离子的快速运动改变了水的物料状态，使水对紫外可见光子的吸收增强，导致吸光度增加，该吸光度的增加与水中的可溶性无色盐的浓度呈正比。

并且该电场诱导区3与紫外可见光传感区2之间的距离，即电场的正、负极板和紫外可见光传感器21之间的间距要小于3cm。电场引起的离子移动产生对紫外可见光的吸收，如果电场距离紫外可见光传感器太远，离子脱离电场后，很快恢复了自由移动状态，不对紫外可见光发生干扰，就无法被紫外可见光传感器检测到，会造成对水中溶解的无色盐的测定结果偏低。也就是电场诱导区3的存在使得水中的水溶性无色盐能够被检出。

该电场诱导区3的电场的大小由三个组成参数决定，即电极板的面积s为3mm²-8cm²，两个电极板之间的距离d为2mm-5cm，施加在电极上的电压V为2v-30v。在该范围内，水溶性无色盐的浓度和测得的吸光度之间能够位于线性曲线范围内。

紫外可见光传感器21是利用光敏元件将紫外可见光信号转换为电信号的探测器，其具有两种模式，光伏模式或者光导模式，两类工作模式的紫外可见光传感器21都适用于本发明。虽然光伏模式不需要串联电池，串联电阻中有电流，而传感器相当于一个小电池，输出电压，但是制作比较难，成本比较高，所以不优选。而光导模式虽然需要串联一个电池工作，传感器相当于一个电阻，电阻值随光的强度变化而变化，这种制作容易，成本较低，优选。全部波段的紫外可见光光源都适用于本发明中所述的紫外可见光传感器，考虑到强光子导致玻璃视窗和传感器元件的老化速度较快，优选270nm～400nm波段的紫外可见光光源和对应的紫外可见光传感器。

并且，该管道1的出水口的内径需要小于进水口的内径，一般是进水口的90％以内，优选地，为进水口50％以内。

该全功能水质在线监测仪的测定方法，可以有两种，其中一个是使用合格水标定方法，即，先将符合水质标准的水通过本发明的水质在线监测仪，记录对应的紫外可见光传感器的读数，以此读数为基数M，设定水质正常数据为N，超过数据N就被判断为水质异常，进行报警。其中，水质正常数据和基数M之间的关系，可以根据不同供水地方和供水的质量需求进行调整，以减少不必要的报警。

Q＝(N-M)/M；

公式中的N和M可以是测量得到的电信号，Q可以设为1％-10％之间，或其它需要的具体数据，例如，制药用水的Q可以更小，即对水质的要求较高；经济落后地区Q可以更大一些，即对水质的要求较低。公式中的N和M既可以是测量得到的电信号，也可以是常用的吸光度。如果使用吸光度，可以将符合水质标准的水的吸光度定为零，测得的样品水的吸光度数据是Q，设定Q的大小范围即可控制报警的灵敏度。

另外一种测量原理是使用合格水比对方法，利用双光通道并且同时读数的方法，如附图3所示，即在测试仪中设有比对池。在线监测水质时，比对池中放有合格的水作为参照，两个通道的读数进行比对。紫外可见光传感器测得的样品水的水质读数为N，比对用的合格水水质读数数据为M，N超过数据M就可以被判断为水质异常，进行报警。实际应用中，比对用的合格水水质读数M和样品测得值N之间的关系，可以根据不同供水地方和供水的质量需求进行调整，以减少不必要的报警。

Q＝(N-M)/M；

Q可以设为1-10％之间，或其它需要的具体数据。

同样的，公式中的N和M既可以是测量得到的电信号，也可以是常用的吸光度。如果使用吸光度，可以将符合水质标准的水的吸光度定为零，测得的样品水的吸光度数据是Q。该种方法中，该在线监测仪可以设有比对池4，该比对池4设于管道1的相邻的位置，与紫外可见光传感器2相邻设置，并且同时位于紫外可见光光源22和紫外可见光传感器21之间，如图3所示。

实施例一：

该实施例采用的是合格水标定方法，如图1所示，以存储有电阻率为18MΩ*cm(25℃)的纯水的储水箱51作为水源和合格水，另一个样品水箱52内是用于调节水质而校验监测仪的水样品，18MΩ*cm的纯水中加入对应的污染物配制，两种水可以经过一个三通5，用蠕动泵将纯水和样品水通过水质在线监测仪向另一个储罐输送，即三通5的两个端口分别连接纯水储水箱51和样品水箱52，另一个端口连接水质在线监测仪。水质在线监测仪标定时，只有纯水在管道1内运送，电场诱导区3使用接触式电导电极，例如采用Oakton CON6+接触式电导电极，4个3A的干电池作为电源驱动，激发水溶性盐，紫外可见光传感区2选用280nm的紫外可见光波长，将测得的吸光度存为记忆，即作归零用。正常检测时，纯水和样品水以1:1混合进行。三通的第三端连接本发明的便携式全功能水质在线监测仪，每次换样品水时，水的管道至少用电阻率为18MΩ*cm纯水单独运行15分钟，确保两次试验不相互干扰。

对该在线监测仪进行验证的样品水的编号和水中的污染物含量、及对应的相对吸光度测得值分别为如下表1所示。

表1：

所有这些污染物浓度增加、即水质出现异常，都会被本发明的便携式全功能水质在线监测仪，立即的检测到，结果显示，该全功能水质在线监测仪达到预期的发明目标。如果便携式全功能水质在线监测仪的纯水的标准值确定为零，这个仪器的灵敏度一般都能达到：菌落总数(CFU/mL)从6开始上升；铅(mg/L)的浓度从0.001开始上升；硝酸盐(以N计，mg/L)的浓度从10开始上升；色度(铂钴色度单位)从2开始上升；浑浊度(NTU-散射浊度单位)从0.1开始上升；铁(mg/L)的浓度从0.05开始上升；硫酸盐(mg/L)的浓度从20开始上升；总α放射性(Bq/L)从0.2开始上升；臭氧(O3，mg/L)的浓度从0.01开始上升；或钠(mg/L)的浓度从50开始上升。

实施例二：

该实施例主要用于验证水中污染物浓度与检测得到的数据的线性关系，其方法采用与实施例一相同的参数以及样品的选取使用，如图4所示，该图中为水中的菌落总数与测得的吸光度之间的关系，如图5所示，该图中为水中的钠的浓度与吸光度之间的关系。可以看出，该两个图中的水中污染物浓度与吸光度之间都呈线性关系，使得该水质在线监测仪能够更好更快地监测水质。

实施例三：

该实施例，采用合格水比对法监测。以电阻率为18MΩ*cm(25℃)的纯水储水箱中的水作为洗涤测试管道的纯水，样品水箱内的水样品为电阻率为18MΩ*cm的纯水中加入对应的污染物配制，用蠕动泵转移到储水罐。样品水箱和纯水储水箱同样通过三通连接至在线监测仪。该实施例的全功能水质在线监测仪设有比对池4，比对池4设于紫外可见光传感区2，同样位于紫外可见光光源22和紫外可见光传感器21之间。每次换样品水时，管道1内至少用18MΩ*cm纯水单独运行15分钟，确保两次试验不相互干扰。测试时选用纯水作为比照品。电场诱导区3使用接触式电导电极，Oakton CON6+接触式电导电极，4个3A的干电池驱动，激发水溶性盐，紫外可见光传感区2选用280nm的紫外可见光波长。对测试仪进行验证的样品水的编号和水中的污染物含量、及对应的相对吸光度测得值分别如表2所示：

表2：

结果显示，无论是使用合格水参照法、还是比对方法，都能精确测得水质的异常。

本发明揭示的便携式全功能水质在线监测仪，用紫外可见光传感器就可以测量出水中的所有水质异常，包括各种微生物，病毒、细菌、真菌、原生动物、澡、等的突然增加导致的水质异常，突然出现的放射性物质导致的水质异常，各种水溶性有机物和挥发性有机物的突然升高导致的水质异常，突然增加的各种悬浮颗粒导致的水质异常，含氮和磷非离子物质的增加导致的水质异常，各种离子的突然增加导致的水质异常，包括含氮元素离子的增加导致的水质异常，含磷元素离子的增加导致的水质异常，各种重金属水溶性盐浓度升高导致的水质异常，和其它水溶性盐浓度的突然升高导致的水质异常等等。因为可以同时测出水中的所有污染物超标导致的水质异常，本发明的水质在线检测仪可以快速、及时报告水质的异常。