用于总氮自动监测的分析系统与方法与流程

1.本发明涉及分析化学领域，主要涉及一种用于总氮自动监测的分析系统与方法。
技术背景
2.总氮是水中各种形态无机和有机氮的总量，水样中氮物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，其测定有助于评价水体被污染和自净状况。
3.目前，市场上总氮水质自动分析仪采用的是国家标准方法gb11894
‑
1989碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，即使用蒸汽灭菌器或家用压力锅，在120～124℃下，加热半小时，目的是将样品中各种形态的含氮化合物转化为硝酸盐，最后采用紫外分光光度法进行测定。上述方法存在分析过程繁琐、时间长，样品和试剂消耗量大、废液排出量大，易造成二次污染、分析系统结构复杂、体积庞大等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于总氮自动监测的分析系统与方法。
5.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，包括气液驱动系统、化学反应系统、光学检测系统，气液驱动系统与化学反应系统连接，用于将气体及参与反应的液体输入到化学反应系统中，化学反应系统与光学检测系统连接，用于将气体及参与反应的液体分别按次序混合得到混合溶液并将所述混合溶液输入光学检测系统，所述光学检测系统用于检测所述混合溶液的吸光度。
6.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，气液驱动系统包括液体选择装置、蠕动泵、进液管、r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管，液体选择装置与进液管连接，进液管与化学反应系统连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管分别与盛装试剂r1的r1容器、盛装试剂r2的r2容器、盛装试剂r3的r3容器、盛装试剂r4的r4容器、盛装试剂r5的r5容器连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管与化学反应系统连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管均经过蠕动泵，所述液体选择装置用于自动吸取参与反应的液体，所述蠕动泵用于将气体及参与反应的液体输入到化学反应系统中。
7.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，液体选择装置为多通阀或电控液阀组或自动进样器，多通阀或电控液阀组或自动进样器与蠕动泵通过进液管连接。
8.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管上分别设置有切换阀。
9.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，化学反应系统包括第一气泡注入装置、第一在线混合圈、第一玻璃三通、第二在线混合圈、在线紫外消解装置、第一在线排气装置，第一气泡注入装置的第一入口与r1泵管连接，第一气泡注入装置的第二入口与进液管连接，第一气泡注入装置的第三入口与第一空气泵管连接，第一气泡注入装置的出口与
第一在线混合圈连接，第一在线混合圈与第一玻璃三通的第一进口连接，第一玻璃三通的第二进口与r2泵管连接，第一玻璃三通的出口与第二在线混合圈连接，第二在线混合圈与在线紫外消解装置的进口连接，在线紫外消解装置的出口与第一在线排气装置的进口连接，第一在线排气装置的第一出口连接第一泵管，第一在线排气装置的第二出口连接第二泵管，化学反应系统还包括：第二气泡注入装置、第二玻璃三通、第三在线混合圈、在线低温加热装置、第三玻璃三通、第四在线混合圈和第二在线排气装置，第二泵管另一端连接第二气泡注入装置的第一入口，第二气泡注入装置的第二入口与r3泵管连接，第二气泡注入装置的第三入口与第二空气泵管连接，第二气泡注入装置的出口与第二玻璃三通的第一进口连接，第二玻璃三通的第二进口与r4泵管连接，第二玻璃三通的出口与第三在线混合圈连接，第三在线混合圈与在线低温加热装置的进口连接，在线低温加热装置的出口与第三玻璃三通的第一进口连接，第三玻璃三通的第二进口与r5泵管连接，第三玻璃三通的出口与第四在线混合圈连接，第四在线混合圈与第二在线排气装置的进口连接，第二在线排气装置上端连接废液瓶，下端连接流通池入口，流通池出口端通过废液泵管与废液瓶连接，所述检测器用于检测流通池内液体的吸光度，废液泵管通过蠕动泵。
10.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，还包括数据处理系统、电路控制系统、软件工作站，数据处理系统与检测器连接，电路控制系统与数据处理系统、检测器、蠕动泵、液体选择装置连接，软件工作站与电路控制系统连接。
11.本发明的用于总氮自动监测的分析方法，包括：待测样品与碱性过硫酸钾溶液混合，混合溶液加入20～60g/l四硼酸钠溶液，混合溶液进行紫外消解反应，紫外消解反应后的溶液与5～15g/l氢氧化钠溶液混合反应，反应后的溶液与联氨铜溶液30～50℃混合反应，混合后的溶液与显色剂溶液混合反应，反应后的液体在500～700nm处进行光谱直读测定。
12.本发明的用于总氮自动监测的分析方法，其中，碱性过硫酸钾溶液是30～70g/l过硫酸钾、5～15g/l氢氧化钠的混合溶液，联氨铜溶液是1～5g/l硫酸联氨和10～20g/l硫酸铜的混合溶液，显色剂溶液是10～20g/l磺胺、0.1～0.5g/l(1
‑
萘基)乙二胺盐酸盐、0.05～0.1g/l的聚氧乙烯月桂醚、体积百分含量10％～20％盐酸的混合溶液。
13.本发明的用于总氮自动监测的分析系统与方法具有以下优点：采用气泡注入技术，可避免不同样品的相互干扰，使样品完全反应，达到最大灵敏度；采用的是在全稳态检测，准确度高，可靠性强；采用的元器件体积小巧轻便、整个反应系统的结构紧凑、布局合理、便于日常维护和观察；节省试剂用量，减少二次污染。
附图说明
14.图1为本发明的用于总氮自动监测的分析系统的框架结构图；
15.图2为本发明的用于总氮自动监测的分析系统的结构示意图。
具体实施方式
16.如图1、图2所示，本发明的用于总氮自动监测的分析系统，包括气液驱动系统、化学反应系统、光学检测系统，气液驱动系统与化学反应系统连接，用于将气体及参与反应的液体输入到化学反应系统中，化学反应系统与光学检测系统连接，用于将气体及参与反应
的液体分别按次序混合得到混合溶液并将所述混合溶液输入光学检测系统，所述光学检测系统用于检测所述混合溶液的吸光度。
17.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，气液驱动系统包括液体选择装置、蠕动泵、进液管、r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管，液体选择装置与进液管连接，进液管与化学反应系统连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管分别与盛装试剂r1的r1容器、盛装试剂r2的r2容器、盛装试剂r3的r3容器、盛装试剂r4的r4容器、盛装试剂r5的r5容器连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管与化学反应系统连接，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管、第一空气泵管、第二空气泵管均经过蠕动泵，所述液体选择装置用于自动吸取参与反应的液体，所述蠕动泵用于将气体及参与反应的液体输入到化学反应系统中。
18.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，液体选择装置为多通阀或电控液阀组或自动进样器，多通阀或电控液阀组或自动进样器与蠕动泵通过进液管连接。
19.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，r1泵管、r2泵管、r3泵管、r4泵管、r5泵管上分别设置有切换阀。
20.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，
21.本发明的用于总氮自动监测的分析系统，其中，还包括数据处理系统、电路控制系统、软件工作站，数据处理系统与检测器连接，电路控制系统与数据处理系统、检测器、蠕动泵、液体选择装置连接，软件工作站与电路控制系统连接。
22.本发明的用于总氮自动监测的分析方法，包括：待测样品与碱性过硫酸钾溶液混合，混合溶液加入20～60g/l四硼酸钠溶液，混合溶液进行紫外消解反应，紫外消解反应后的溶液与5～15g/l氢氧化钠溶液混合反应，反应后的溶液与联氨铜溶液30～50℃混合反应，混合后的溶液与显色剂溶液混合反应，反应后的液体在500～700nm处进行光谱直读测定。
23.本发明的用于总氮自动监测的分析方法，其中，碱性过硫酸钾溶液是30～70g/l过硫酸钾、5～15g/l氢氧化钠的混合溶液，联氨铜溶液是1～5g/l硫酸联氨和10～20g/l硫酸铜的混合溶液，显色剂溶液是10～20g/l磺胺、0.1～0.5g/l(1
‑
萘基)乙二胺盐酸盐、0.05～0.1g/l的聚氧乙烯月桂醚、体积百分含量10％～20％盐酸的混合溶液。
24.本发明的技术方案，反应在平衡状态下检测，该技术在反应系统中注入气泡，使反应更充分，可达最大的灵敏度，并可减少样品残留，反应速度快，样品和试剂用量少，产生废液少，测试准确度高，集成化程度高，体积小巧，且反应环境的微小变化不会影响测试结果，更适用于水样中总氮的自动监测。
25.本发明采用的是连续流动分析技术，可用于水样水质中总氮的自动监测。
26.本发明的技术方案提供一种分析速度快、准确度高、化学试剂和样品消耗量少、产生废液少、体积小巧，适用于在线监测的总氮分析系统与化学方法。
27.本发明的技术方案可以解决传统系统化学反应过程繁琐、分析时间长、样品和化学试剂消耗量大、废液排出量大易造成二次污染、分析系统结构复杂、体积庞大等弊端。
28.本发明的用于总氮自动监测的分析系统包括共计6部分：
29.(1)气液驱动系统
30.(2)化学反应系统
31.(3)光学检测系统
32.(4)数据处理系统
33.(5)电路控制系统
34.(6)软件工作站
35.气液驱动系统用于将气体及参与反应的液体输入到分析系统中，包括：
36.(1)液体选择装置：采用电控多通阀或电控液阀组或自动进样器实现液体的选择；
37.(2)气液驱动装置：采用多通道蠕动泵为液体输入的导入装置；
38.(3)泵管。
39.本系统的各单元及组件适用于样品的总氮测试。
40.化学反应系统包括第一气泡注入装置4、第一在线混合圈5、第一玻璃三通6、第二在线混合圈7、在线紫外消解装置8、第一在线排气装置9、第二气泡注入装置10、第二玻璃三通11、第三在线混合圈12、在线低温加热装置13、第三玻璃三通14、第四在线混合圈15和第二在线排气装置16、第一切换阀20、第二切换阀21、第三切换阀22、第四切换阀23、第五切换阀24、第一空气泵管301、进液管302、r1泵管303、r2泵管304、r3泵管308、r4泵管309、r5泵管310、第二空气泵管307、废液泵管311、第一泵管305、第二泵管306。上述泵管均经过蠕动泵。
41.化学反应系统还包括：r1容器25、r2容器26、r3容器27、r4容器28、r5容器29。
42.w1、w2、w3为废液，最后均流入废液瓶。
43.s、s1、s2、s3、qc、up分别为样品、标准溶液1、标准溶液2、标准溶液3、质控样品、纯水。除样品s是直接采集水样外，其它溶液均从对应试剂瓶中采集。
44.试剂r1为碱性过硫酸钾溶液，即30～70g/l过硫酸钾、5～15g/l氢氧化钠的混合溶液；
45.试剂r2为20～60g/l四硼酸钠溶液；
46.试剂r3为5～15g/l氢氧化钠溶液；
47.试剂r4为联氨铜溶液，即1～5g/l硫酸联氨和10～20g/l硫酸铜的混合溶液；
48.试剂r5为10～20g/l磺胺、0.1～0.5g/l(1
‑
萘基)乙二胺盐酸盐、0.05～0.1g/l的聚氧乙烯月桂醚、体积百分含量10％～20％盐酸的混合溶。
49.光学检测系统包括：
50.流通池17(待测样品从中经过)、光源18、检测器19(用于接收待测样品吸收光后产生的信号)。
51.数据处理系统：用于检测器数据信号的处理。
52.电路控制系统：用于分析系统的电路控制。
53.软件工作站，用于整个分析系统的控制，通过数据线向下传发指令到电路控制系统以实现对整个系统的控制，同时工作站通过数据线传输收到的数据进行处理和分析，将各项结果列入到监控画面中。
54.本发明的用于总氮自动监测的分析系统工作过程：
55.本系统通过液体选择装置1的管线采集样品s，样品s与试剂r通过泵管在蠕动泵2的推动下进入化学反应系统，在密闭的管路中连续流动，并发生显色反应。
56.其中：蠕动泵2上第一空气泵管301和第二空气泵管307引入空气，空气进入液体管路形成气泡，形成了样品s和试剂r被空气气泡按一定间隔规律地隔开的反应流路。
57.多通阀或电控液阀组或自动进样器通过管线依次串接蠕动泵2上的进液管302、第一气泡注入装置4、第一在线混合圈5、第一玻璃三通6、第二在线混合圈7、在线紫外消解装置8、第一在线排气装置9。
58.蠕动泵2上第一空气泵管301与第一气泡注入装置连接引入空气g，第一空气泵管301另一端悬放于空气中；r1容器25通过第一切换阀20在泵管作用下引入流路，第一切换阀20另一端与纯水桶连接，r1泵管303另一端与第一气泡注入装置4连接；r2容器26通过第二切换阀21在r2泵管304作用下引入流路，第二切换阀21另一端与纯水桶连接，r2泵管304另一端与第一玻璃三通6连接；第一在线排气装置9上端连接第一泵管305，第一泵管305另一端通过管线与废液瓶连接，第一在线排气装置9下端连接第二泵管306。
59.第二泵管306另一端通过管线依次串接第二气泡注入装置10、第二玻璃三通11、第三在线混合圈12、在线低温加热装置13、第三玻璃三通14、第四在线混合圈15和第二在线排气装置16。
60.蠕动泵2上第二空气泵管307与第二气泡注入装置10连接引入空气g，第二空气泵管307另一端悬放于空气中；r3容器27通过第三切换阀22在r3泵管308作用下引入流路，第三切换阀22另一端与纯水桶连接，r3泵管308另一端与第二气泡注入装置10连接；r4容器28通过第四切换阀23在r4泵管309作用下引入流路，第四切换阀23另一端与纯水桶连接，r4泵管309另一端与第二玻璃三通11连接；r5容器29通过第五切换阀24在r5泵管310作用下引入流路，第五切换阀24另一端与纯水桶连接，r5泵管310另一端与第三玻璃三通14连接；第二在线排气装置16上端连接废液瓶，下端连接流通池17入口，流通池17出口端通过废液泵管311与废液瓶连接。
61.在流通池17两端分别连接有光源18和与检测器19。
62.关键部件：
63.第一气泡注入装置4和第二气泡注入装置10均是一种可均匀注入气泡的，并可同时引入样品或试剂的多通路装置。
64.第一在线混合圈5、第二在线混合圈7的玻璃圈长度范围均为0.5～1.0m；第三在线混合圈12、第四在线混合圈15的玻璃圈长度范围均为1.0～2.0m；在线低温加热装置13中玻璃圈的长度范围为1.5～3.0m；在线紫外消解装置中玻璃圈长度范围4.0～6.5m。
65.在线低温加热装置13包括加热棒，套在加热棒外的保温棉，缠绕在加热棒上形成加热的反应管路的玻璃管和测温热电阻，以及温度保护套。
66.在线紫外消解装置8是由紫外灯管、紫外灯座、反应流路中玻璃圈和电源连接。紫外灯管安装在紫外灯座上，玻璃圈缠绕在紫外灯管外，紫外灯管与电源连接。
67.第一空气泵管301、进液管302、r1泵管303、r2泵管304、r3泵管308、r4泵管309、r5泵管310、第二空气泵管307、废液泵管311、第一泵管305、第二泵管306的内径在0.51～1.30mm之间。
68.分析方法：
69.本发明的用于总氮自动监测的分析方法适用于总氮的测试：
70.待测样品与碱性过硫酸钾溶液混合，混合溶液加入20～60g/l四硼酸钠溶液，混合溶液进行紫外消解反应，紫外消解反应后的溶液与5～15g/l氢氧化钠溶液混合反应，反应后的溶液与联氨铜溶液30～50℃混合反应，混合后的溶液与显色剂溶液混合反应，反应后
的液体在500～700nm处进行光谱直读测定。
71.碱性过硫酸钾溶液是30～70g/l过硫酸钾、5～15g/l氢氧化钠的混合溶液。
72.联氨铜溶液是1～5g/l硫酸联氨和10～20g/l硫酸铜的混合溶液。
73.显色剂溶液是10～20g/l磺胺、0.1～0.5g/l(1
‑
萘基)乙二胺盐酸盐、0.05～0.1g/l的聚氧乙烯月桂醚、体积百分含量10％～20％盐酸的混合溶液。
74.本发明的用于总氮自动监测的分析系统与方法具有以下优点：
75.1、采用气泡注入技术，可避免不同样品的相互干扰，使样品完全反应，达到最大灵敏度；
76.2、采用的是在全稳态检测技术，准确度高，可靠性强；
77.3、本系统中的反应圈采用大管径的玻璃材质，具有很好的通过性和化学惰性，不易堵塞，对于情况复杂的水样样品有很好的通过性；
78.4、本反应系统采用的元器件体积小巧轻便、整个反应系统的结构紧凑、布局合理、便于日常维护和观察；
79.5、本系统采用多通阀或电控液阀组或自动进样器，实现标准系列溶液、质控溶液、样品、纯水(清洗水)的依次引入，切换方便；
80.6、采用切换阀将试剂与纯水自由切换，节省试剂用量，减少二次污染。
81.本发明的技术方案提供了一种分析速度快、准确度高、试剂和样品消耗量少、产生废液少、体积小巧，可完全替代传统方法的总氮自动监测分析系统与方法。
82.本发明中的分析系统，通过液体选择装置1的管线依次采集标准溶液s1、标准溶液s2、标准溶液s3、质控样品qc、样品s(水样)，每次采集完都切换制纯水up进行管路溶液输送与清洗。标准溶液s1、标准溶液s2、标准溶液s3、质控样品qc、样品s分别与试剂r1、试剂r2、试剂r3、试剂r4和试剂r5通过泵管在蠕动泵2的推动下进入化学反应系统，在密闭的管路中连续流动并发生完全反应，其中：蠕动泵2上的第一空气泵管和第二空气泵管引入空气，空气进入液体管路形成气泡，标准系列溶液、质控、样品和试剂被空气气泡按一定间隔规律地隔开。
83.标准溶液s1、标准溶液s2、标准溶液s3、质控样品qc、样品s分别与泵管引入的试剂r1、试剂r2、试剂r3、试剂r4和试剂r5发生反应，通过第一在线混合圈、第二在线混合圈、在线紫外消解装置、第三在线混合圈、在线低温加热装置、第四在线混合圈，使反应完全，反应产物通过流通池17，在光源18作用下，在波长500～700nm处有最大吸收，采用检测器19测定生成物的吸光度，由数据处理系统处理数据，根据标准系列形成的工作曲线，即可反算水样的总氮含量。
84.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。