专利名称：一种水质分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及分析仪器，特别涉及一种水质分析仪器设计。
背景技术：
目前基于湿法化学分析的具有±10%精度甚至更高精度的专用水质分析仪器，其工作过程通常采用“水样与试剂混合-反应-检测”的分析流程仪器先依次将待测水样与其他反应试剂注入反应容器，混合均匀后在一定条件下进行反应，最后通过比色法、滴定法或电极法等原理进行检测，确定水样待测指标的浓度。现有技术中，上述专用水质分析仪器的流路设计可大致分为以下三类a.多通道分立的进液技术、b.经典流动注射技术、c.顺序注射技术。专利ZL200820088159. 3公开了一种基于顺序注射技术的水质在线监测系统，包括泵、储液单元、反应-检测单元、多通道选向阀和空气通道，所述多通道选向阀上具有进样通道、试剂通道、分析通道和连通所述储液单元的公共通道；所述反应-检测单元包括光源、反应-检测室、检测器及分析装置，所述反应-检测室的一端连通所述分析通道。图一显示了该实用新型的流路示意图。发明专利申请说明书2008100662267. 8公布了专利ZL200820088159. 3所述系统的进液及分析步骤a.多通道选向阀分别选择进液通道和试剂通道，泵通过多通道选向阀的公共端口分别向储液单元内抽取定量的水样和试剂；b.打开连接在反应-检测室连通空气端口的第一阀门，多通道选向阀选择分析通道，泵通过所述公共通道将所述水样和试剂推至所述反应-检测室内；c.关闭所述第一阀门，水样和试剂间发生反应；d.测量光穿过反应-检测室内的反应产物,并被接收；e.分析接收信号，从而得到水样的参数。上述已知的设计具有下列不足在被注入反应-检测室前，水样、试剂和清洗液都必须首先被吸入储液单元内中转；同样，当废液从反应-检测室中排出时，也必须经过储液单元中转，尤其当反应-检测室中的液体体积大于储液单元容积时，则需要往复执行不止一次的中转操作才能将液体全部排出。这些中转步骤不仅繁复费时，而且容易在储液单元的器壁上残留液膜甚至液珠，影响仪器的测量精度。
发明内容为了解决现有技术在进液排液时中转步骤的繁复费时，并且容易在储液单元的器壁上残留液膜甚至液珠，导致仪器测量精度不高的问题，本实用新型提供了一种实现无中转进液，同时兼顾效率、精度和成本的水质分析仪器设计。实现本实用新型的技术方案是一种水质分析系统，包括流体驱动器8、多通道选向阀I、若干连接管路和若干试剂瓶，所述多通道选向阀I具有一个公共端口 k和若干分配端口 a-f，在控制系统的控制下，所述多通道选向阀I可将其公共端口 k与其若干分配端口a-f中的任意一个端口相连，其特征在于，还包括液体定容管2、空气隔离管4、包含有反应容器6的反应-检测单元17和液体检测器3，所述反应-检测单元17的反应容器6具有一个下通道口 12和一个上通道口 13，所述多通道选向阀I的公共端口 k与所述液体定容管2的下端相连通，所述液体定容管2的上端与所述空气隔离管4的下端相连接，所述空气隔离管4的上端与所述反应-检测单元17中反应容器6的下通道口 12相连接，反应容器6的上通道口 13连通所述流体驱动器8，流体驱动器8的另一端连通空气，所述液体检测器3安装在所述液体定容管2与所述空气隔离管4连接处，所述多通道选向阀I的一个分配端口 a连通空气，其他分配端口 b-f 分别通过连接管路与试剂瓶或水样相连接。作为优选，所述流体驱动器8为蠕动泵。蠕动泵可正反双向驱动水质分析系统中的流体，当作为流体驱动器8的蠕动泵不工作时，其作用相当于常闭截止阀。作为优选，所述液体定容管2和空气隔离管4均是内径小于4毫米的管路。作为优选，所述反应-检测单元17还包括一个下截止阀5，所述下截止阀5位于所 述空气隔离管4与所述反应容器6之间，所述下截止阀5的下端连接空气隔离管4的上端，下截止阀5的上端连接反应容器6的下通道口 12。作为优选,所述反应-检测单元17还包括一个上截止阀7,所述上截止阀7位于所述流体驱动器8与所述反应容器6之间，上截止阀7的下端连接反应容器6的上通道口13，上截止阀7的上端连接到流体驱动器8。作为优选，所述液体定容管2和所述空气隔离管4可合并为一根计量隔离管11。作为优选，所述液体检测器3采用非接触型液体检测器。作为优选，所述液体定容管2、空气隔离管4的材料为氟塑料、石英或玻璃类材料。作为优选，所述计量隔离管11的材料为氟塑料、石英或玻璃类材料。作为优选,所述反应-检测单元17还包括一个加热装置16,所述加热装置16安装在反应容器6的底部。作为优选，所述反应容器6为石英或玻璃类透明材料制成的透光容器。作为优选，所述反应容器6为两头逐渐收口的圆柱形或椭圆柱形，其圆柱部分内径或椭圆柱部分内部轴向截面椭圆短轴不小于4毫米。作为优选，所述反应-检测单元17还包括一个用于比色检测的光发射模块9和一个光电接收转换模块10，所述光发射模块9与光电接收转换模块10分别位于反应容器6的两侧且在光路上相互对准，光发射模块9所发出的光透过反应容器6内溶液的主体后由光电接收转换模块10接收并转换为电信号输出。作为优选，所述多通道选向阀I中连通空气的分配端口 a连通一个三通接头15的A端，三通接头15的B端连通所述流体驱动器8，三通接头15的C端连通空气。
图I所示为现有技术中一种顺序注射式水质分析系统图2所示为本实用新型水质分析系统示意图
具体实施方式
[0029]图2所示为本实用新型设计的一种水质分析系统，该系统包括作为流体驱动器8的蠕动泵、多通道选向阀I、液体定容管2、空气隔离管4、反应-检测单元17、液体检测器3、若干连接管路和若干试剂瓶。其中反应-检测单元17包括反应容器6、上截止阀7、下截止阀5、加热装置16、光发射模块9和光电接收转换模块10，并且反应容器6具有一个下通道口 12和一个上通道口 13 ;作为流体驱动器8的蠕动泵可正反双向驱动水质分析系统中的流体，当蠕动泵不工作时，其作用相当于常闭截止阀；多通道选向阀I具有一个公共端口k和若干分配端口(a-f)，在控制系统的控制下，多通道选向阀I可将其公共端口 k与其若干分配端口(a-f)中的任意一个端口相连；多通道选向阀I的公共端口 k与液体定容管2的下端相连通，液体定容管2的上端与空气隔离管4的下端相连接，空气隔离管4的上端连接反应-检测单元17中的下截止阀5下端，下截止阀5的上端连接反应容器6的下通道口12，反应容器6的上通道口 13连接上截止阀7下端，上截止阀7的上端通过管路与作为流体驱动器8的蠕动泵的一端相连接，蠕动泵的另一端连通空气，多通道选向阀I的一个分配端口 a连通空气，其他分配端口(b-f)分别通过连接管路和试剂瓶相连接；所述液体检测器3安装在液体定容管2与空气隔离管4连接处，当液体经过液体定容管2与空气隔离管4连接处时，液体检测器3可立即向控制系统发出信号；反应-检测单元17的加热装置16安装 在反应容器6的底部。反应-检测单元17的光发射模块9和光电接收转换模块10分别安装在反应容器6的两侧且在光路上相互对准，光发射模块9所发出的光透过反应容器6内溶液的主体后由光电接收转换模块10接收并转换为电信号输出。控制系统通过测量电信号的输出值，换算得到溶液对该发射光的吸光度，从而计算出溶液中待测成分的浓度值。本实用新型液体定容管2和空气隔离管4均是内径I. 6毫米的管路。本实用新型反应容器6为石英或玻璃类透明材料制成的透光容器。本实用新型反应容器6为两头逐渐收口的圆柱形，其圆柱部分内径不小于4. 5毫米。本实用新型液体定容管2和空气隔离管4可合并成为一根计量隔离管11。本实用新型液体定容管2、空气隔离管4或计量隔离管11的材料为氟塑料、石英或玻璃类材料。本实用新型液体检测器3采用非接触型液体检测器。本实用新型多通道选向阀I的连通空气的分配端口连通一个三通接头15的A端，所述三通接头15的B端连通所述流体驱动器8连接空气的B端，所述三通接头15的C端连通空气。本实用新型水质分析系统执行小体积进液的步骤如下，I).将多通道选向阀I切换到需要进液的端口，使多通道选向阀I的公共端口 k与之相连通；2).流体驱动器8正向驱动反应容器中上端的气体向外排出到空气中，使反应容器6内产生负压，进而将所选进液端口所连通的液体吸入，在进液过程中，上截止阀7和下截止阀5保持打开状态，液体依次经过多通道选向阀I和液体定容管2，当液体检测器3检测到液体达到液体检测器3位置并过冲一段固定的过冲体积后，流体驱动器8停止工作，同时关闭下截止阀5，液体停留在液体检测器3附近的某一固定位置；3).多通道选向阀I切换到空气端口，下截止阀5在多通道选向阀I切换到空气端口后打开；4).流体驱动器8正向驱动反应容器6中上端的气体继续向外排出，使反应容器6内产生负压，直到将位于多通道选向阀I及液体定容管2内的液体全部吸入反应容器6中；5).流体驱动器8停止工作，进液完毕，因空气隔离管4内径小于4毫米，液体并不会向下流出，下截止阀5在流体驱动器8停止工作后关闭；6).重复步骤1)_5)，可将同一或另一端口的液体吸入到反应容器6中。通过调节上述流程中第2步的液体过冲体积，可对需要进液的液体体积进行调M
iF. o 本实用新型水质分析系统采用用于比色检测的光发射模块9和光电接收转换模块10进行大容积进液的方法和步骤为I).将多通道选向阀切I换到需要进液的端口，使多通道选向阀I的公共端口 k与之相连通；2).流体驱动器8正向驱动反应容器6中上端的气体向外排出到空气中，使反应容器6内产生负压，进而将所选进液端口所连通的液体吸入，在进液过程中，上截止阀7和下截止阀5保持打开状态，液体依次经过多通道选向阀I、液体定容管2、空气隔离管4和下截止阀5，最终进入反应容器6后不断上升，液体在反应容器6中由于表面张力形成一个凹液面，当该凹液面上升到所述光发射模块9与光电接收转换模块10之间时，会将光发射模块9所发射的光折射或全反射，从而导致光电接收转换模块10所接收的光强锐减，当光强低于某一设定阈值后，系统等待液体过冲一段固定的过冲体积，之后控制流体驱动器8停止工作，同时关闭下截止阀5，使液体停留在反应容器6中的某一固定高度；3).多通道选向阀I切换到空气端口，下截止阀5在多通道选向阀I切换到空气端口后再打开；4).流体驱动器8正向驱动反应容器6中上端的气体继续向外排出，使反应容器6内产生负压，直到将位于多通道选向阀I及计量管路内的液体全部吸入反应容器6中；5).流体驱动器8停止工作，进液完毕，因空气隔离管4内径小于4毫米，液体并不会向下流出，下截止阀5在流体驱动器8停止工作后关闭。通过调节上述流程中第2步的液体过冲体积，可对需要进液的液体体积进行调M
iF. o本实用新型的水质分析系统执行排液的步骤如下，I).将多通道选向阀I切换到排液端口，使多通道选向阀I的公共端口 k与之相连通；2).打开上截止阀7和下截止阀5，流体驱动器8反向驱动反应容器外的空气注入反应容器6，使反应容器6内产生正压，进而将反应容器6内的液体依次经过下截止阀5、空气隔离管4、液体定容管2，最终从多通道选向阀I的排液端口排出，排液完毕后，所述上截止阀7和下截止阀5关闭。本实用新型水质分析系统可分别对水样中C0D、氨氮、六价铬等水质污染指标进行检测，在图二中，水样和各试剂端口的连接如下 COD a端口 空气端口b端口 蒸懼水 c端口 重铬酸钾溶液[0058]d纟而口 浓硫酸+硫Ife银溶液 e纟而口 废液纟而口 f纟而口 水样2而口 氨氮a端口 空气端口b端口 蒸馏水 c端口 酒石酸钾纳溶液[0061 ] d端口纳氏试剂显色剂 e端口 废液端口 f■端口 水样端口 六价铬a端口 空气端口b端口 蒸懼水c端口 混合酸溶液d端口 显色剂溶液e端口 废液端口 f■端口 水样端口以测量氨氮为例，本实用新型水质分析系统检测的步骤如下， I.将反应容器6内的液体通过排液口 e排空。2.先利用大体积进液操作向反应容器6中进4毫升水样。3.再利用小体积进液操作向反应容器6中进0. 5毫升屏蔽剂酒石酸钾纳溶液。4.将多通道选向阀I切换到空气端口 a，打开上截止阀7和下截止阀5，作为流体驱动器8的蠕动泵正向转动，可通过吸入的空气气泡将试剂混合均匀。5.待液体静置后，测量此时的比色背景电压。6.再利用小体积进液操作向反应容器6中进0. 5毫升显色剂纳氏试剂。7.将多通道选向阀I切换到空气端口 a，打开上截止阀7和下截止阀5，作为流体驱动器8的蠕动泵正向转动，可通过吸入的空气将显色剂与溶液混合均匀，此时混合液开始显色。8.经过固定的比色时间，待液体静置后，测量此时的比色后电压。9.通过测得的比色背景电压和比色后电压，计算得到水中氨氮含量的浓度。10.将反应后的溶液排出反应容器6，并进蒸馏水清洗反应容器6和相应管路。可通过增加多通道选向阀分配端口的数量来扩展水质分析系统的试剂进液数量，例如，可以将图二所示的多通道选向阀I扩展为10个分配端口，多余出来的端口分别连接检测COD所需要的重铬酸钾溶液、浓硫酸溶液和COD量程校正液等，这样就可以在一个系统中实现对2种水质监测指标的检测。也可将多余的多通道选向阀的分配端口连接其他的反应-检测容器，例如基于滴定法的检测容器。此时的流路系统设计类似基于顺序注射技术的流路系统设计。本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果I.通过加入空气隔离管，利用液体在细管内表面张力的吸管效应，本实用新型解决了不同试剂在同一方向上分段进液，精确计量并最终在反应-检测装置中均匀混合的问题。由于多通道选向阀的公共端口、液体计量管、空气隔离管、反应-检测装置和流体驱动器是串行连接的，因此本实用新型在进液或者排液时，液体始终在同一个方向上运动，避免了顺序注射式流路系统必须通过储液单元中转液体的缺陷，进液效率提高了 50%以上。2.在本实用新型中，反应-检测装置中的比色装置兼做大体积的进液计量传感器，不仅提高了一次性进液效率，而且节省了加装液体检测器的成本。3.由于取消了储液单元，减少了进液时液体流过管道的长度和管壁表面积，因此减少了液体在管壁上残留液膜或挂壁的概率，提高了进液的精度。4.本实用新型水质分析系统采用的进液方式，对于小体积如0. 5毫升的进液操作，其进液精度能达到I微升，对于利用光发射模块和光电接收转换模块进行的大容积如4毫升的进液，其进液精度能达到5微升。这里公开的实施例是示例性的，其仅是为了对本实用新型进行解释说明，而并不是对本实用新型的限制，本领域或技术人员可以预见的改良和扩展都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种水质分析系统，包括流体驱动器(8)、多通道选向阀(I)、若干连接管路和若干试剂瓶，所述多通道选向阀(I)具有ー个公共端ロ(k)和若干分配端ロ(a-f)，在控制系统的控制下，所述多通道选向阀(I)可将其公共端ロ(k)与其若干分配端ロ(a-f)中的任意ー个端ロ相连，其特征在于还包括液体定容管(2)、空气隔离管(4)、包含有反应容器(6)的反应-检测单元(17)和液体检测器(3)，所述反应-检测单元(17)的反应容器(6)具有一个下通道ロ(12)和一个上通道ロ(13)，所述多通道选向阀(I)的公共端ロ(k)与所述液体定容管(2)的下端相连通，所述液体定容管(2)的上端与所述空气隔离管(4)的下端相连接，所述空气隔离管(4)的上端与所述反应-检测单元(17)中反应容器(6)的下通道ロ(12)相连接，反应容器￠)的上通道ロ(13)连通所述流体驱动器(8)，流体驱动器(8)的另一端连通空气，所述液体检测器(3)安装在所述液体定容管(2)与所述空气隔离管(4)连接处，所述多通道选向阀(I)的ー个分配端ロ(a)连通空气，其他分配端ロ(b-f)分别通过连接管路与试剂瓶或水样相连接。
2.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述流体驱动器(8)为蠕动泵。
3.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述液体定容管(2)和空气隔离管(4)均是内径小于4毫米的管路。
4.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应-检测单元(17)还包括ー个下截止阀(5)，所述下截止阀(5)位于所述空气隔离管(4)与所述反应容器(6)之间，所述下截止阀(5)的下端连接空气隔离管(4)的上端，下截止阀(5)的上端连接反应容器(6)的下通道ロ(12)。
5.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应-检测单元(17)还包括ー个上截止阀(7)，所述上截止阀(7)位于所述流体驱动器(8)与所述反应容器(6)之间，上截止阀(7)的下端连接反应容器(6)的上通道ロ(13)，上截止阀(7)的上端连接到流体驱动器⑶。
6.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述液体检测器(3)采用非接触型液体检测器。
7.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应-检测单元(17)还包括一个加热装置(16)，所述加热装置(16)安装在反应容器￠)的底部。
8.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应容器(6)为石英或玻璃类透明材料制成的透光容器。
9.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应容器(6)为两头逐渐收ロ的圆柱形或椭圆柱形，其圆柱部分内径或椭圆柱部分内部轴向截面椭圆短轴不小于4毫米。
10.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在于所述反应-检测单元(17)还包括一个用于比色检测的光发射模块(9)和一个光电接收转换模块(10)，所述光发射模块(9)与光电接收转换模块(10)分别位于反应容器(6)的两侧且在光路上相互对准，光发射模块(9)所发出的光透过反应容器￠)内溶液的主体后由光电接收转换模块(10)接收并转换为电信号输出。
11.根据权利要求I所述的水质分析系统，其特征在干所述多通道选向阀(I)中连通空气的分配端ロ(a)连通ー个三通接头(15)的A端，三通接头(15)的B端连通所述流体驱动器(8)，三通接头(15)的C端连通空气。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的水质分析系统，其特征在于所述液体定容管(2)或空气隔离管(4)的材料为氟塑料、石英或玻璃类材料。
13.根据权利要求1-11任意一项所述的水质分析系统，其特征在于所述液体定容管(2)和所述空气隔离管(4)可合并为ー根计量隔离管(11)。
专利摘要一种水质分析系统，包括作为流体驱动器的蠕动泵、多通道选向阀、液体定容管、空气隔离管、反应-检测单元、液体检测器、若干连接管路和若干试剂瓶，所述蠕动泵可正反双向驱动水质分析系统中的流体，所述反应-检测单元包括反应容器、上截止阀、下截止阀、加热装置、光发射模块和光电接收转换模块。多通道选向阀的公共端口、液体计量管、空气隔离管、反应-检测装置和流体驱动器串行连接，系统在进液或者排液时，液体始终在同一个方向上运动，避免了顺序注射式流路系统必须通过储液单元中转液体的缺陷。
文档编号G01N21/75GK202548055SQ20112037168
公开日2012年11月21日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者肖又曾 申请人:桂林欧博仪器技术有限公司