一种重金属检测仪及其电解池的制作方法

本发明涉及重金属检测领域，特别涉及一种重金属检测仪及其电解池。

背景技术：

重金属污染已经成为影响人身体健康的重要因素，铅、镉、汞、砷等重金属，是由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。现有技术中的重金属检测仪大多采用溶出伏安法（又称反向溶出极谱法），这种方法是使被测的物质，在待测离子极谱分析产生极限电流的电位下电解一定的时间，然后改变电极的电位，使富集在该电极上的物质重新溶出，根据溶出过程中所得到的伏安曲线来进行定量分析。

申请号为cn201510987925.4的中国专利，包括电解池、搅拌控制器、微控制器、工作电极、参比电极、辅助电极、恒电位仪以及微控制器；恒电位仪的检测端口连接工作电极、参比电极、辅助电极；微控制器通过d/a转换器将数字信号转化为电压信号控制恒电位仪工作，恒电位仪通过a/d转换器将电压信号转化为数字信号发送至微控制器中；微控制器与微控制器连接。通过溶出伏安法测量溶液中重金属浓度，并将其转化成电压信号；a/d转换器将电压信号转化成数字信号后发送到微控制器；实现远程监测，达到对水样重金属检测的目的。但此种重金属检测仪在加反向电压进行重金属溶出时，不能够使所有富集在电极的重金属达到完全溶出的效果，降低了检测精度。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种重金属检测电解池，能够提高重金属检测的精度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种重金属检测电解池，包括微控制器、恒压发生器、差分放大器、辅助电极、参比电极、工作电极和转换电路，所述微控制器通过d/a转换器将数字信号转化为电压信号控制恒压发生器工作，所述差分放大器通过a/d转换器将电压信号转化成数字信号后发送到微控制器，在进行电化学检测的富集阶段时，转换电路对辅助电极输出恒定电压，在进行电化学检测的溶出阶段时，转换电路对工作电极输出电流，参比电极向差分放大器输入一变化电压，所述的变化电压与时间形成一函数，由能斯特方程可推知所述函数存在若干恒压区，所述恒压区的时间长度与位于此恒压时进行溶出的金属的含量成正比，所述微控制器可根据位于此恒压区的金属溶出的时间判断此种金属的含量高低。

通过采用上述技术方案，在进行检测时，转换电路先对辅助电极输出恒定电压，使水体内的重金属富集到电极上，富集完成后微控制器控制转换电路对工作电极输出电流，参比电极向差分放大器输入一变化电压，所述的变化电压与时间形成一函数，由能斯特方程可推知所述函数存在若干恒压区，所述恒压区的时间长度与位于此恒压时进行溶出的金属的含量成正比，所述微控制器可根据位于此恒压区的金属溶出的时间判断此种金属的含量高低，此种方法相较于传统的溶出伏安法具有溶出量高的特点，使得本发明的精度较高。

本发明可进一步设置为，所述转换电路包括第一选通模块、第二选通模块和第三选通模块，能够在富集阶段时对辅助电极输出恒定电压，在溶出阶段时能够对工作电极输出恒流，由参比电极进行输出。

通过采用上述技术方案，通过第一选通模块、第二选通模块和第三选通模块的配合，达到恒压发生器实现由对辅助电极输出恒定电压转换到对工作电极输出电流，同时在对工作电极输出恒流的同时又参比电极进行输出的目的。

本发明可进一步设置为，所述转换电路包括第一稳压模块，所述第一稳压模块与所述辅助电极耦接。

通过采用上述技术方案，第一稳压模块能够起到稳压的作用，进而对辅助电极提供稳定的电压。

本发明可进一步设置为，所述第一稳压模块包括第一稳压运算放大器，所述第一稳压运算放大器的正外接电源端和负外接电源端分别并联第一滤波电容和第二滤波电容。

通过采用上述技术方案，第一稳压运算放大器起到稳压的作用，第一滤波电容和第二滤波电容起到滤波的作用，为辅助电极提供稳定的电压达到提高重金属检测电解池精度的目的。

本发明可进一步设置为，所述转换电路包括保护模块，所述保护模块分别与所述参比电极、工作电极和辅助电极耦接。

通过采用上述技术方案，当重金属检测电解池没有采样水体时，保护模块起到保护参比电极、工作电极和辅助电极的目的。

本发明可进一步设置为，所述保护模块包括第一保护电阻和第二保护电阻，所述第一保护电阻分别与所述参比电极工作电极耦接，所述第一保护电阻与所述参比电极的节点耦接所述第二保护电阻，所述第二保护电阻与所述辅助电极耦接。

通过采用上述技术方案，第一保护电阻分别与所述参比电极工作电极耦接，可在参比电极和工作电极之间形成通路，参比电极和辅助电极通过第二保护电阻形成通路，工作电极和辅助电极之间通过第一保护电阻和第二保护电阻形成通路，进而达到对参比电极、工作电极和辅助电极保护的目的。

本发明可进一步设置为，所述第一保护电阻和第二保护电阻为可变电阻。

通过采用上述技术方案，通过调节第一保护电阻和第二保护电阻的电阻值进而分别调节其分压的大小，分别对参比电极、工作电极和辅助电极起到保护的作用。

本发明可进一步设置为，所述转换电路包括第二稳压模块，所述第二稳压模块的输入端与所述参比电极耦接，所述第二稳压模块的输出端与所述差分放大器耦接。

通过采用上述技术方案，第二稳压模块能够起到稳压的作用，进而对差分放大器输出稳定的电压。

本发明可进一步设置为，所述第二稳压模块包括第二稳压运算放大器，所述第二稳压运算放大器的正外接电源端和负外接电源端分别并联第三滤波电容和第四滤波电容。

通过采用上述技术方案，第二稳压运算放大器起到稳压的作用，第三滤波电容和第四滤波电容起到滤波的作用，为辅助电极提供稳定的电压达到提高重金属检测电解池精度的目的。

本发明的另一个目的在于提供一种重金属检测仪，可实现对采样水体进行取样、消解以及经过重金属检测电解池检测的目的。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种重金属检测仪，包括上述的重金属检测电解池，还包括有消解器、废液回收装置和水循环系统，所述水循环系统可对采样水体进行控制，使其经过消解器进行消解后至所述的重金属检测电解池进行检测。

进而达到对水体重金属检测的目的，检测后水循环系统可将采样水体排至所述废液回收装置，通过水循环系统可对采样水体进行控制，使其经过消解器进行消解，消解后经过至电解池进行重金属浓度的测量，测量完成后排放至废液回收装置进行废液回收，进行处理。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

转换电路先对辅助电极输出恒定电压，使水体内的重金属富集到电极上，富集完成后微控制器控制转换电路对工作电极输出电流，参比电极向差分放大器输入变化电压，所述的变化电压与时间形成函数，由能斯特方程可推知所述函数存在若干恒压区，所述恒压区的时间长度与位于此恒压时进行溶出的金属的含量成正比，所述微控制器可根据位于此恒压区的金属溶出的时间判断此种金属的含量高低，此种方法相较于传统的溶出伏安法具有溶出量高的特点，使得本发明的精度较高，转换电路包括第一稳压模块，所述第一稳压模块与所述辅助电极耦接，第一稳压模块能够起到稳压的作用，进而对辅助电极提供稳定的电压，转换电路包括第二稳压模块，所述第二稳压模块的输入端与所述参比电极耦接，所述第二稳压模块的输出端与所述差分放大器耦接，第二稳压模块能够起到稳压的作用，进而对差分放大器输出稳定的电压。

附图说明

图1是实施例一示意图；

图2是转换电路示意图；

图3是电压与时间的函数示意图；

图4是转换电路的第一回路示意图；

图5是转换电路的第二回路示意图；

图6是实施例二示意图。

图中，110、第一选通模块；120、第二选通模块；130、第三选通模块；140、第一稳压模块；150、第二稳压模块；160、保护模块；170、变流模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：一种重金属检测电解池，如图1所示，包括微控制器、恒压发生器、差分放大器、辅助电极、参比电极、工作电极和转换电路，所述微控制器通过d/a转换器将数字信号转化为电压信号控制恒压发生器工作，恒压发生器为转换电路提供电压，转换电路对工作电极、辅助电极和参比电极提供电压或电流，并输出电压信号至查分输出器，所述差分放大器通过a/d转换器将电压信号转化成数字信号后发送到微控制器，进而完成对采样水体中重金属含量的测量。

图2所示转换电路示意图，第一选通模块110，包括第一单刀双掷开关s1，所述第一单刀双掷开关的第一闸刀s1与所述恒压发生器耦接，所述第一单刀双掷开关的第一触点与所述辅助电极耦接，所述第一单刀双掷开关的第二触点与所述工作电极耦接，第二选通模块120，包括第二单刀双掷开关，第二单刀双掷开关的第二闸刀s2与所述差分放大器耦接，所述第二单刀双掷开关的第三触点与所述工作电极耦接，第三选通模块130，包括第三单刀双掷开关，第三单刀双掷开关的第三闸刀s3与所述参比电极耦接，所述第三单刀双掷开关的第五触点与所述辅助电极模块耦接，所述第三单刀双掷开关的第六触点与所述第二单刀双掷开关的第四触点耦接。

转换电路包括第一稳压模块140，所述第一稳压模块140与所述辅助电极耦接，所述第一稳压模块140包括第一稳压运算放大器ad795jr，所述第一稳压运算放大器的正外接电源端和负外接电源端分别并联第一滤波电容c1和第二滤波电容c2，所述第一稳压运算放大器的型号为ad795jr。

所述转换电路包括保护模块160，所述保护模块160分别与所述参比电极、工作电极和辅助电极耦接，所述保护模块160包括第一保护电阻r4和第二保护电阻r3，所述第一保护电阻r4分别与所述参比电极工作电极耦接，所述第一保护电阻r4与所述参比电极的节点耦接所述第二保护电阻r3，所述第二保护电阻r3与所述辅助电极耦接，所述第一保护电阻r4和第二保护电阻r3为可变电阻，第一保护电阻r4分别与所述参比电极工作电极耦接，可在参比电极和工作电极之间形成通路，参比电极和辅助电极通过第二保护电阻r3形成通路，工作电极和辅助电极之间通过第一保护电阻r4和第二保护电阻r3形成通路，进而达到对参比电极、工作电极和辅助电极保护的目的。

转换电路包括第二稳压模块150，所述第二稳压模块150的输入端与所述参比电极耦接，所述第二稳压模块150的输出端与所述差分放大器耦接，第二稳压模块150能够起到稳压的作用，进而对差分放大器输出稳定的电压，所述第二稳压模块150包括第二稳压运算放大器，所述第二稳压运算放大器的正外接电源端和负外接电源端分别并联第三滤波电容c5和第四滤波电容c4，第二稳压运算放大器起到稳压的作用，第三滤波电容c5和第四滤波电容c4起到滤波的作用，为辅助电极提供稳定的电压达到提高重金属检测电解池精度的目的,所述第二稳压运算放大器的型号为ad795jr。

所述转换电路还包括变流模块170，所述变流模块170与所述工作电极耦接，所述变流模块170包括稳压电容c6和可变电阻r5，通过对可变电阻r5的调节进而对工作电极的电流进行调节，达到对工作电极加反向电流时调节电流值的目的。

如图3所示的一次函数图，横坐标为时间t，纵坐标为电压u，变化电压u与时间t形成一函数，由能斯特方程可推知所述函数存在若干恒压区，所述恒压区的时间长度与位于此恒压时进行溶出的金属的含量成正比，如图所示恒压区1所对应第一电压值，此第一电压值即为物质a的溶出电压，时间t1则为物质a的溶出时间，恒压区2所对应第二电压值，此第二电压值即为物质b的溶出电压，时间t2则为物质b的溶出时间,恒压区3所对应第三电压值，此第三电压值即为物质c的溶出电压，时间t3则为物质c的溶出时间,所述微控制器可根据位于恒压区的金属溶出的时间判断此种金属的含量高低。

图4是转换电路的第一回路示意图，第一闸刀s1通过第一稳压模140块与辅助电极耦接，所述参比电极通过第二稳压模块150经过第二闸刀s2与第一稳压模块140的反向输入端耦接，所述工作电极与第三闸刀s3耦接进行输出。

图5是转换电路的第二回路示意图，工作电极通过变流模块170与第一闸刀耦接s1，参比电极通过第二稳压模块150、第三闸刀s3和第二闸刀s2进行输出。

实施例二：一种重金属检测仪，包括实施例一的电解池，如图6所示，还包括有消解器、废液回收装置和水循环系统，所述水循环系统可对采样水体进行控制，使其经过消解器进行消解后至所述的重金属检测电解池进行检测，进而达到对水体重金属检测的目的，检测后水循环系统可将采样水体排至所述废液回收装置，水循环系统可对采样水体进行控制，使其经过消解器进行消解，消解后经过至电解池进行重金属浓度的测量，测量完成后排放至废液回收装置进行废液回收，进行处理。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。