专利名称：一种基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统。该重金属离子在线自动监测系统主要由系统控制模块，水样过滤模块，水样预处理模块，传感器模块，分析模块组成，可同时检测多种重金属离子，且成本较低，易于操作，可实现无人值守操作，做到实时，连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域水体水质状况，预警预报重大流域性水质污染事故，做到防范、解决突发水污染事故的目的。
背景技术：
随着城市的扩大和大规模工业的发展,大气、土壤、水环境中均存在重金属污染。重金属污染是危害最大的水污染问题之一，重金属元素往往长期积累在生物体内不可降解，即使在极其微量的情况下也会产生不良后果，严重威胁人类和水生生物的生存。目前，通常用于环境水样中的微量金属离子监测方法有原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体质谱分析法(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、高效液相色谱法、免疫分析法等。基于原子发射光谱技术的分析系统，如AAS、ICP-MS、ICP-AES，应用较为广泛，具有灵敏度高、检测限低、干扰小等优点。然而，这些仪器较为昂贵，笨重，功耗大，样品检测容易发生污染和损失，不适合现场实时监测领域。与原子发射光谱技术和电感耦合等离子体质谱分析法相比，基于电化学检测机理的水体重金属离子监测仪器具有设备简单、分析成本低、检测时间快、可现场监测的优点，在痕量重金属离子分析领域中获得了广泛的应用。本发明水体重金属离子在线自动监测系统是以电化学溶出伏安法为基础，实现了在线、实时、连续监测水体重金属的自动化，本系统具有功耗低、小型化、集成化的优势，非常适合水体重金属现场实时监测领域，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种以电化学阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于该在线自动监测系统将重金属离子监测的各个独立步骤微型化，形成功能模块，主要由过滤模块，水样预处理模块，传感器模块，控制模块，分析模块组成。每个功能模块相互独立，由计算机软件控制，可自动化操作，实现水体中重金属离子的自动监测。为了实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤I)通过小型水泵，将待测水样抽取；2)待测水样经过过滤模块和预处理模块进行过滤、降解后，进入测试池等待测量;2)传感器表面进行镀膜修饰处理；3)修饰后的传感器依次对标准溶液测试、处理后的水样进行测试；
4)测试结束后传感器存放于存储池中；5)系统管路和测量池依次酸洗和水洗；6)分析模块分析比较上述水样测试结果，做定性、定量计算后，将结果发给远程终端，一个样品测试周期结束。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的一次完整测试周期主要包括传感器镀膜，水样预处理，标准溶液测试，样品液测试、废液排放和清洗。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的传感器是由电化学三电极构成。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的传感器的三个电极通过丝网印刷法在面积为5x5cm的聚苯乙烯薄片上制得，工作电极为石墨电极，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为Ag电极。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的传感器的修饰薄膜为铋、金或汞膜。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的水样过滤模块由切向流过滤系统组成(水样进样方向和过滤方向互相垂直)，进样液和过滤液的流速比例为10 I。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的水样预处理模块由紫外灯管组成，对水样中的有机物进行降解处理，紫外光的波段为300-400nm。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的水样经过过滤、降解处理后可直接检测，无需再添加其它电解质或缓冲液。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的传感器的移动由二维(XZ)机械臂协助完成，传感器安装于机械臂末端，控制模块控制二维机械臂来实现传感器在不同测试池之间移动和检测，防止样品之间交叉污染。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的分析模块由微型电化学工作站组成，运用电化学方波溶出法方法，实现铜、铅、锌、镉、汞、砷重金属离子的现场实时快速检测。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的控制模块由微型计算机、单片机和控制软件组成，可实现进样、样品预处理、检测分析、废液排放、以及电极、管路、电解池、
管道清洗。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的传感器在每次测试之前都自动擦除旧膜、电镀新膜，保证了每次测量结果的RSD不大于3%。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的标准液的测试是为了评测传感器随着测试周期的增加，对同一已知浓度的重金属离子的检测信号有无衰减，用于提高测试精度，修正测试误差，及时更换电极。对于标准液的检测频率可由控制模块根据检测需求来随时插入到一次测试周期。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统在控制模块控制下，实现循环检测，一个循环检测周期为20min。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的水样最小检测量为ImL/次，最快检测频率为20min/次。本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统的分析模块记录的数据，可由远程终端直接读取，实现网络远程控制。
本发明中，水体重金属离子在线自动监测系统可与远程控制中心连接，实现远程控制中心对多个监测现场的数据处理和实时监控。
图1为水体重金属离子在线自动监测系统的结构示意图。 图中1、水样品池，2、酸洗池，3、蒸馏水池，4、过滤液池，5、消解样品池，6、标准样品储液池，7、传感器电镀修饰液池，8、电镀修饰池，9、测试池，10、存储池，11、废液池，12、搅拌器(2个)，13、消解器，14、电磁阀(10个)。图2为水体重金属离子在线自动监测系统的工作流程图。
具体实施方案实施例1 :控制模块控制小型水泵，将待测水样抽取至水样品池并；过滤后水样进行紫外降解处理存至消解样品池等待测试；控制模块控制加样管路使传感器电镀液(0. 002M氯金酸)注入电镀池，在其中对电极表内采取电化学镀金膜修饰处理；标准样品液(Ippm硝酸汞)注入测试池；修饰后传感器转移至测试池，启用电化学工作站测量标准样品液中的汞金属含量作为标准值并记录；排空测试池中的废液并酸洗、水洗管路和测试池；控制模块控制管路抽取已过滤、降解水样至测试池，测量其中的汞金属含量作为测量值并记录，分析模块根据测量值和标准值的数据计算出水样汞金属离子浓度，将结果发给远程终端；排空测试池中废液并进行酸洗、水洗管路和测试池；传感器移至存储池中储存等待下次测试；一个测量周期结束。实施例2 控制模块控制小型水泵，将待测水样抽取至水样品池并；过滤后水样进行紫外降解处理存至消解样品池等待测试；控制模块控制加样管路使传感器电镀液(0. 002M硝酸铋)注入电镀池，在其中对电极表内采取电化学镀铋膜修饰处理；标准样品液(Ippm铜、铅、锌、镉、砷盐)注入测试池；修饰后传感器转移至测试池，启用电化学工作站测量标准样品液中的各重金属含量作为标准值并记录；排空测试池中的废液并酸洗、水洗管路和测试池；控制模块控制管路抽取已过滤、降解水样至测试池，测量其中的各金属含量作为测量值并记录，分析模块根据测量值和标准值的数据计算出水样中铜、铅、锌、镉、砷盐金属离子浓度，将结果发给远程终端；排空测试池中废液并进行酸洗、水洗管路和测试池；传感器移至存储池中储存等待下次测试；一个测量周期结束。
权利要求
1.一种基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于该监测系统基于电化学阳极溶出方波法为检测机理，由系统控制模块，水样过滤模块，水样预处理模块，传感器模块，分析模块组成。该监测系统可实时连续现场监测水体中多种重金属离子，并根据重金属含量是否超标做出预警处理。
2.按权利要求1所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征步骤依次如下: 1)通过小型水泵，将待测水样抽取； 2)待测水样经过过滤模块和预处理模块进行过滤、降解后，进入测试池等待测量； 2)传感器表面进行镀膜修饰处理； 3)修饰后的传感器依次对标准溶液测试、处理后的水样进行测试； 4)测试结束后传感器存放于存储池中； 5)系统管路和测量池依次酸洗和水洗； 6)分析模块分析比较上述水样测试结果，做定性、定量计算后，将结果发给远程终端，一个样品测试周期结束。
3.按权利要求1或2 所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，该基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统的一次完整测试周期为20min，包括传感器镀膜，水样过滤，水样预处理，标准溶液测试，样品液测试、废液排放和系统清洗。
4.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，传感器由电化学三电极组成，电极由丝网印刷法制得，造价低廉，重复性好，易于大批量生产。
5.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，进样模块由切向流过滤系统组成，水样进样方向和过滤方向互相垂直，可有效过滤待测水样中杂质，防止水样中杂质堵塞测试系统管路。
6.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，样品预处理模块利用紫外照射降解水体中的有机物质，防止有机物对传感器的干扰。
7.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，控制模块控制二维机械臂来实现传感器在不同测试池之间移动和检测，防止样品之间交叉污染。
8.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，分析模块由微型电化学工作站组成，水样品中无需添加电解质或缓冲液，经过过滤、降解处理后可直接实时快速检测多种重金属离子。
9.按权利要求1或2所述的基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，其特征在于，传感器模块在每次测试之前都自动擦除旧膜，电镀新膜，保证每次测量结果的重现性，可实现循环检测。
10.按权利要求1所述的水质重金属在线监测系统，其特征在于，该系统能做到实时，连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域水体水质状况，预警预报重大流域性水质污染事故，做到防范、解决突发水污染事故的目的。本发明水质重金属在线监测系统成本较低，易于操作，具有广阔的应用前 景。
全文摘要
一种基于阳极溶出伏安法为机理的水体重金属离子在线自动监测系统，以电化学阳极溶出方波法为检测机理，主要由系统控制模块，水样过滤模块，水样预处理模块，传感器模块，分析模块组成。该水体重金属离子在线自动监测系统可实时连续现场监测水体中多种重金属离子，并根据重金属含量是否超标做出预警处理。水体重金属在线自动监测系统成本较低，携带方便，易于操作，可远程控制，数据联网处理，在水体质量常规检测、实时监测、预警防范和应急处理中具有广阔的应用前景。
文档编号G01N27/416GK103076381SQ201210589678
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者王晓东 申请人:苏州汶颢芯片科技有限公司