基于注射泵的活性磷自动分析仪及其测定方法与流程

本发明涉及水质自动分析仪，尤其涉及一种基于注射泵的活性磷自动分析仪及其测定方法。

背景技术

磷是陆地及水生生物生长所必需的营养元素。活性磷酸盐，作为水环境中无机磷的主要存在形式，是最重要的营养盐之一，其在植物的光合作用中扮演着重要角色。然而，由于人类活动的影响，过量的活性磷通过各种途径进入到环境水体中，造成水体的富营养化，因此获得准确可靠的活性磷浓度，对于海洋科学的研究和环境管理都是十分重要的。

水体中活性磷的浓度是在样品采集后，使用磷钼蓝分光光度法手工测定获得的，样品在采集、运输、保存、测定等过程中承担着被污染及消耗的风险。20世纪50年代，连续流动分析技术被首次提出，其原理是样品和试剂在连续流动的过程中完成混合与反应后流入流通池，光谱仪持续检测流通池内溶液的吸光值。此后，流动分析技术得到不断地完善和发展，1975年，丹麦学者ruzicka和hanson提出了流动注射分析，1990年，ruzicka与marshall提出了顺序注射分析。迄今为止，流动注射分析与顺序注射分析仍是应用最为广泛的流动分析技术，然而流动注射存在着试剂消耗大、流速漂移等缺点，顺序注射虽然使用注射泵代替蠕动泵控制试剂和样品的传送，但仍存在反应不完全、灵敏度低的缺点。同时，二者均需使用多个泵、阀，操作繁琐、仪器体积大、不易携带，这些缺点和不足均会在海洋科考、野外长期监测等特殊场合给操作者带来较大的不便。

参考文献：

[1]国家质量监督检疫总局，国家标准化管理委员会.gb17378.5-2007海洋监测规范第四部分:海水分析[s].北京:中国环境科学出版社,2007.

[2]上官琦佩,马剑,林坤宁,袁东星.湿化学分析平台.实用新型,专利号:zl201621040057.5.

[3]murphyj,rileyjp.amodifiedsinglesolutionmethodforthedeterminationofphosphateinnaturalwaters[j].analyticachimicaacta.1962,27:31-36.

技术实现要素：

本发明的目的是提供稳定、灵敏、便携、试剂消耗小、分析速度快，适用于野外现场应用，为样品检测、水质监测、暴雨预警、海洋科考等提供可靠技术支持的基于注射泵的活性磷自动分析仪及其测定方法。

所述基于注射泵的活性磷自动分析仪设有控制模块、流动分析模块和分光检测模块；所述流动分析模块设有注射泵、选择阀和注射器；所述控制模块的上位机为工业平板电脑，控制模块用于对注射泵的控制、信号采集及数据处理；所述分光检测模块设有led光源、流通池和光谱仪；所述选择阀通过管路与流通池进口端、试剂瓶及样品瓶连接，所述流通池出口端与废液瓶连接，所述led光源、流通池和光谱仪通过光纤连接，所述光谱仪与工业平板电脑连接。

所述工业平板电脑可采用基于labview编写的用户程序。

所述流动分析模块中的注射器规格可为1～10ml。

所述流动分析模块中的选择阀可选用六位选择阀、九位选择阀、十二位选择阀或更多位数的选择阀。

所述注射泵先吸入试剂，后吸入样品，试剂和样品二者在注射器活塞快速下拉引起对流作用，完成试剂和样品的混合。

所述分光检测模块的流通池为内径为1～5mm的z型流通池，其光程可在1～10cm之间选择。

所述led光源可根据实际情况，选用500～900nmled。

所述光谱仪可选择海洋光学sts多波长微型光纤光谱仪、海洋光学usb2000+、usb2000及其他公司生产的光谱仪。

所述基于注射泵的活性磷自动分析仪的测定方法包括以下步骤：

1)注射泵反复吸入排出待测样品，清洗注射器及流通池；

2)注射泵依次吸入钼酸铵溶液、抗坏血酸溶液和待测样品，所述钼酸铵溶液、抗坏血酸溶液及待测样品在待测样品快速吸入引起的对流作用下完成混合，得混合溶液；

3)注射泵将混合溶液泵入流通池内反应，分光检测模块持续记录流通池内待测样品吸光值的变化；

4)重复步骤1)～3)，直至测定完成。

本发明的化学方法基于磷钼蓝分光光度法，采用钼酸铵混合溶液和抗坏血酸溶液，所述钼酸铵混合溶液由100ml钼酸铵溶液、300ml硫酸和100ml的酒石酸锑钾溶液混合而成，其中钼酸铵溶液的质量体积浓度为10～200g/l，硫酸的体积浓度为1︰(1～10)，酒石酸锑钾溶液的质量体积浓度为0.5～5.0g/l；所述抗坏血酸溶液的质量体积浓度为10～100g/l；所述钼酸铵混合溶液与抗坏血酸溶液吸入比可为(10～100)︰1。

本发明所述基于注射泵的活性磷自动分析仪的流路采用流动序批式流路，即待测样品和试剂的传送方式与流动方式相同，混合和反应过程与序批式反应相同。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1)本发明选用流动序批式流路，同时具备了流动分析与序批式反应的优点，克服了以往基于流动注射及顺序注射分析中试剂消耗大、流速漂移、灵敏度低等缺点。

2)本发明仅由注射泵、流通池、光谱仪及工业控制电脑组成，操作简单、结构紧凑、便于携带。

3)本发明选用内径较大的流通池，克服了以往流动分析中，反应生成的磷钼蓝会与管路及流通池的材料发生吸附的缺点，能够更加准确测定活性磷浓度低于1μm的样品。

4)本发明不需要采用试剂与样品的二次混匀装置，样品和试剂在注射器活塞快速下拉引起的对流作用下完成混合，简化了流路与测定程序。

附图说明

图1为本发明所述基于注射泵的活性磷自动分析仪的结构组成及流路示意图。

图2为本发明实施例1中活性磷工作曲线。

图3为本发明实施例2中活性磷在厦门湾表层水中的分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

运用本发明建立活性磷的工作曲线。

如图1所示，本发明选用1ml注射器4、六位阀5组成流动分析模块，700nmled光源6、3mm内径的3cmz型流通池7、sts多波长微型光纤光谱仪9作为分光检测系统，同时使用第1试剂瓶1、第2试剂瓶2、样品瓶3及废液瓶8作为盛装试剂、样品及废液的器皿。

实验前，需提前配制0、0.25、0.5、0.75、1、2、4、6、8、10、12μm的活性磷标准溶液。本发明在控制系统的控制下按照以下步骤进行测定：

1)将与六位阀的阀位①相连的管路置于0μm的活性磷标准溶液中，注射泵通过六位阀的阀位①和⑥吸入排出1ml样品，重复4次，清洗注射器及流通池；

2)注射泵依次吸入50μl样品(六位阀的阀位①)、20μl抗坏血酸溶液(六位阀的阀位②)、20μl钼酸铵混合溶液(六位阀的阀位③)、910μl样品(六位阀的阀位①)，试剂及样品在样品快速吸入引起的对流作用下完成混合；

3)注射泵将混合溶液泵入流通池内，混合溶液在流通池内反应130s，测定过程中光谱仪持续记录流通池内溶液吸光值的变化。

4)同时更换下一浓度活性磷标准溶液，重复以上步骤，直至所有标准工作溶液测定完成后，重复步骤1)，清洗管路。

5)根据浓度及所得吸光值，绘制活性磷标准工作曲线。

测定结果如图2，标准工作曲线为a＝(0.0474±0.0002)c+(0.0019±0.0013)(r²＝0.9998，n＝11)。

实施例2

运用本发明对厦门湾水中活性磷浓度进行走航观测。

使用本发明对厦门湾水中活性磷浓度进行走航观测，所得结果如图3所示。

本发明的化学原理基于磷钼蓝分光光度法，具有流路简单、结构紧凑、自动化程度高等优点，可用于环境样品中活性磷的自动分析及环境水体中活性磷的长期在线监测。