汞监控器的制造方法
【专利说明】汞监控器
[0001]要求保护的发明涉及自动测量汞浓度的分析系统，并且可以用于监控工业和生活污水以及燃烧气体。
[0002]目前已知的是德国水星仪器的测汞仪PA-2汞工艺分析仪[I]，其被设计用于连续测量致力于焚烧垃圾的企业、热电厂、处理设施等的工业污水中的汞浓度。汞监控器包含:样品制备模块，其中利用相应试剂发生样品的初步氧化；还原模块，其中在添加还原剂的情况下使汞还原为原子状态；气体交换单元，其中汞元素从液体样品释放并进入载体气体；以及分析容器，其中载体气体输送汞元素，并且其中用原子吸收法限定所释放的汞的量。
[0003]模拟的缺陷是:需要执行前期工作来选择使样品氧化的方法(依赖于样品基质以及汞在样品中的存在形式)；高度要求在样品制备和将汞还原为原子状态两者中使用的反应物的纯度；以及短周期的监控器无人操作，这分别由来自还原性溶液和来自样品的还原剂和硬盐的沉淀导致。此外，需要频繁地填充，直到补偿耗尽的反应物。
[0004]已知用于监控汞排放的装置[2]，其包含:输入单元，所述输入单元用于分析气体样品；热雾化器，其中所有的汞化合物离解汞元素的生成；分析容器，所述分析容器能够被加热而以相当的离解产物和基质组分来降低汞元素的氧化率；原子吸收光谱仪，所述原子吸收光谱仪允许测量汞元素并且显著降低基质的影响。
[0005]模拟的缺陷是:短周期的监控器无人操作，这由分析容器窗口的污染导致；无法使用监控工业用水的装置，这是因为包含在工业用水中的高浓度溶解盐沉淀在输入样品单元和热雾化器的壁上，还造成阻塞气体通道。
[0006]德国Sick公司的燃烧气体MERCEM300Z测汞仪的汞监控器[3]是最接近的技术，其由取样探头、气体管线、样品输入单元、热雾化器、能够被加热的分析容器、原子吸收光谱仪和吸出栗组成。燃烧气体用取样探头摄取并被运送到监控器的输入部分。其它气体通入热雾化器中，其中与其在燃烧气体中的存在形式无关的所有汞转化为元素形式；并且进入分析容器，其中借助原子吸收光谱仪限定汞浓度。以排出器的形式制造吸出栗附接至分析容器出口。热雾化器和分析容器的温度为1000°C。
[0007]原型的缺陷是:短周期的监控器无人操作，这由分析容器窗口的污染导致。燃烧气体具有相当复杂的成分-被释放并形成于矿物燃料燃烧的各种气体(C02、SO2、NO、NOxj蒸汽、HC1、HF等)，以及烟雾颗粒。腐蚀性气体与烟雾颗粒和取样系统元件的相互作用造成挥发性化合物的生成，因为气体温度约为1000°C，而外侧的窗口的温度低得多，所以挥发性化合物沉淀在分析容器的窗口上。窗口的污染造成显著降低原子吸收光谱仪的探测辐射的强度，结果造成分析特点的劣化，甚至造成无法进行测量。出于同样的原因，不可能使用该原型来限定汞在各种企业的工业用水(包含高百分比浓度的金属的氯化物和硫酸盐(硬盐)的水)中的含量，并且蒸发和雾化造成这些盐的蒸汽的形成，这些盐的蒸汽将沉淀在分析容器窗口上。
[0008]所提出的发明的任务是改进监控器的消费特点、增加所述监控器的无人操作时间以及确保所述监控器的长期运作。
[0009]所设定的任务由一种汞监控器实现，所述汞监控器包括输入样品单元、热雾化器、能够被加热的分析容器、气体收集器单元和吸出栗，所述分析容器包含两个窗口、至少一个输入气体端口以及至少两个输出气体端口，所述两个窗口是透明的并且用于汞的共振辐射，所述分析容器(至少)经由所述两个窗口中的一个窗口与原子吸收光谱仪光学耦合；所述至少一个输入气体端口位于所述分析容器的中央部分中，并且所述至少两个输出气体端口中的每个均位于输入气体端口和相应的窗口之间，其中所述样品输入单元与注射栗联接，所述注射栗能够将被分析的样品引入到所述热雾化器中，并且所述分析容器具有定位在其两端中的开口，所述开口位于所述窗口和最近的所述输出气体端口之间，气体可经由所述开口被供给。
[0010]本发明的实质在于，保护气流产生于分析容器的所述窗口和被分析气体之间，防止到达所述分析容器中的热的被分析气体与所述窗口的冷表面直接接触。由于这个事实，存在于所述被分析气体中的高挥发性化合物蒸汽不会凝结在所述分析容器的所述窗口上，并且所述窗口的用于所述原子吸收分析仪的探测辐射的传输系数保持在工作范围内持续很长一段时间。
[0011]所述汞监控器还包含喷雾器及其保持器，在所述保持器的内壁与所述喷雾器本身之间产生空腔，所述空腔与所述热雾化器的内部空腔连接，所述保持器本身包含将所产生的所述空腔与载体气体供给部件连接的端口。所述喷雾器包含喷嘴、液体输入端口以及气体输入端口，所述气体输入端口借助于气体液体连通件与所述载体气体供给部件。所述载体气体供给部件包含具有三个端口的混合器；在所述三个端口中，第一端口连接到载体气体源，第二端口连接到水供给部件，并且第三端口连接到所述喷雾器的所述第二端口。
[0012]此外，所述气体收集器单元借助气体液体连通件与所述分析容器的输出端口连接，并且包括气体液体分离器和液体收集贮存器。
[0013]最后，所述分析容器经由第一窗口与所述光谱仪光学连接并且经由第二窗口与回射器连接，所述回射器被分配的方式是，所述光谱仪的已经经由所述第一窗口通向所述第二窗口的探测辐射应该经由所述第二窗口返回且经由所述第一窗口返回到所述光谱仪。
[0014]在所要求保护的汞监控器中使用所述喷雾器允许为所述雾化器消除机械式水样品供给部件，这允许增加供给装置的可靠性，以及输入气溶胶形式的样品，该气溶胶减少了沉淀在雾化器壁上的盐的量。水供给到喷雾器压缩空气管中允许降低直接沉淀在它的喷嘴中的盐的量。在所述分析容器之后安装所述气体液体分离器允许从输出气流中去除水蒸汽，从而消除水在吸出栗中的凝结并且为其提供正常的操作模式。使用使穿过所述分析容器的辐射进入回射器上、返回到所述分析容器中然后通向光电探测器的光学方案允许在分析容器的相同线性尺寸上使分析的灵敏度加倍。此外，这样的方案提供了紧凑的光谱仪结构，这增加了整个光谱仪的工作稳定性。
[0015]要求保护的发明的实质由下图例示:
[0016]图1是汞监控器的流程图。
[0017]图2是具有喷雾器和气体供给部件的输入单元的流程图。
[0018]图3是气体收集器单元的流程图。
[0019]图4是分析容器窗口的保护方案。
[0020]图5是吸出栗的流量的灵敏度依赖的图形。
[0021]图6是热雾化器中的喷水气溶胶的模型的照片。
[0022]图7是分析容器窗口的照片，其中A是具有保护气流时操作14天之后的照片，B是没有保护气流时操作8小时之内的照片。
[0023]其流程图呈现在图1中的汞监控器包含:注射栗单元1、样品输入单元2、热雾化器
3、具有窗口 5并且具有输入气体端口 6和输出气体端口 7的分析容器4、气体收集器单元
8、吸出栗9(下文中被称为回流栗)以及原子吸收光谱仪10。分析容器的案例在窗口和输出端口之间具有开口 11。
[0024]注射栗单元I可以执行如下(图2)。以使其喷嘴被引导向热雾化器3的内部部分这样的方式将喷雾器13安装在喷雾器保持器12中，并且所有的组件都被安装到样品输入单元2中。喷雾器14的液体端口连接到开关液体龙头(未在图中示出)，开关液体龙头替代地将喷雾器的指定端口与蒸馏水贮存器、标准溶液和待分析样品连接。喷雾器15的气体端口连接到混合器17的第一端口 16，混合器17的第二端口 18连接到水供给部件19，并且混合器17的第三端口 20连接到载体气体供给部件21。载体气体还经由保持器端口 22被供给到喷雾器和喷雾器保持器之间的空腔。
[0025]当确定燃烧气体中的汞含量时，注射栗单元I可以制成隔膜栗的形式，隔膜栗将被分析气体从取样线(未在图中示出)直接供给到热雾化器3。
[0026]热雾化器3可以执行为石英管，其一端密封地附接至样品输入单元2，并且第二端密封地附接至分析容器4的输入端口 6。石英管被安装成与喷雾器13及其保持器12同轴，并且石英管的内径不小于喷雾器保持器12的内径。将石英管内侧的温度维持在600-700°C范围内的加热器被安装在石英管的外侧。整个热雾化器被放置到金属保护外壳中。
[0027]分析容器4可以制成柱体的形式，使输入端口 6密封地焊接到中间部分，并且两个带框窗口 5被安装在其对接端上。输出端口 7在接近窗口的那两侧被安装在窗口 5和输入端口 6之间。为了形成保护气流，开口 11被设置在窗口 5和输出端口 7之间，或者空气可以经过其进入分析容器的额外的输入端口被安装在窗口 5和输出端口 7之间。把被分析气体的温度维持在600-750°C范围内的加热器被安装在分析容器的内部部分中。
[0028]气体收集器单元8可以进行如下(图3)。分析容器4的输出端口 7借助过热蒸汽连通件23连接到气体液体分离器24，气体液体分离器24可以制成回流制冷器的形式，冷却的水在该回流制冷器的外部冷凝器套中流动，并且过热蒸汽混合物进入其内部部分。分离器24的一端连接到液体收集贮存器25，在过热蒸汽混合物冷却之后，水进入液体收集贮存器25。分离器24的第二端连接到执行为隔膜栗的吸出栗9。
[0029]原子吸收光谱仪10可以制成具有直接塞曼效应的汞原子吸收分析仪[4]，其特征在于高的测量选择性。
[0030]让我们考虑确定热电厂的工艺水中汞的总含量的示例的汞监控器操作。作为分析目标的工艺水的细节在于，它包含被溶解的高浓度硬盐(1- 5% )。待分析的水进入连接到开关液体龙头的输入的罐。阀的其它输入连接到蒸馏水贮存器，并且标准溶液有必要进行监控器的空白测量和校准。
[0031]开关液体龙头的输出连接到喷雾器的液体端口。压缩空气源连接到喷雾器的气体端口。例如借助穿过喷雾器的灰尘和油污过滤器由灰尘和油污蒸汽纯化的压缩空气在气体喷嘴的区域中产生抽真空(文氏管效应)，这造成从喷雾器的液体通道抽吸液体并使液体进入气体喷嘴。在气体喷嘴中由快的空气流实现了慢慢引入的液体，这造成水气溶胶的形成