全自动氨氮测定系统及其测定方法与流程

1.本发明涉及水质监测的技术领域，尤指一种全自动氨氮测定系统及其测定方法。


背景技术：

2.水中氨氮含量是指以氨或铵离子形式存在的氮的含量。氨在自然界中通常以含氮有机物的分解产物存在于江河、湖海中。在有氧环境中，水中氨可转变为亚硝酸盐，在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐在微生物的作用下还原为氨，甚至继续转变为硝酸盐。所谓水溶液中的氨氮是以游离氨(非离子氨nh3)或离子氨形态存在的氮。当氨溶于水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子，异步形成水合氨(非离子氨)。
3.水中氨氮含量过高会造成活泼蓝藻的爆发，危害人体健康并使鱼类中毒。因此，水中氨氮的含量是水体受含氮有机物污染程度的指标，必须严格控制。随着经济的发展，许多工业生产会产生大量的氨，成为对环境的氨污染源，如肥料生产、硝酸、炼焦、煤气、硝化纤维、人造丝、合成橡胶、碳化钙、燃料、清漆、烧碱、电镀及石油开采和石油产品加工等均是氨污染的主要来源。因此，对工业排放及江河湖泊等水体中进行氨氮含量的监测十分重要，同时更加急需的是对工业排放及江河湖泊等水体进行实时快速分析，提供水中氨氮即时含量的数据，以采取相应措施，确保企业达标排放及江河湖泊等水体的氨氮含量在环境安全指标以内。
4.目前测定氨氮的方法主要有纳氏试剂比色法、水杨酸比色法、碱中和滴定法、离子电极法等。一般地，实验室按国标gb7479-87纳氏试剂比色法所规定的方法进行氨氮的测定。
5.然而，传统的手工氨氮测定方法极为费时费力，需要实验室人工操作控制，对操作人员的操作要求的精确性具有较高的要求，且试剂具有一定的危险性，实验过程中，需要操作人员对实验器皿进行清洗等工作，增加了试剂接触的风险，整个工作效率较为低下，已经不能满足当今社会的需求，因此，亟需一种全自动氨氮测定系统及其测定方法，能够解决传统的手工氨氮测定过程效率低下，精准性低的问题，并减少操作人员与试剂的接触，增加操作的安全性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种全自动氨氮测定系统及其测定方法，能够解决传统的手工氨氮测定过程效率低下，精准性低的问题，并减少操作人员与试剂的接触，增加操作的安全性。
7.实现上述目的的技术方案是：
8.本发明提供一种全自动氨氮测定系统，包括：
9.流路分配系统，所述流路分配系统包括一第一旋转分配阀、一自动进样器以及一溶液定量转移装置，其中，
10.所述第一旋转分配阀的阀芯接口与所述溶液定量转移装置接通，
11.所述第一旋转分配阀的阀周接口之一与所述自动进样器的进样针接通，
12.所述第一旋转分配阀的多个阀周接口供接通用于氨氮测定的溶液(包括但不限于纯水、标液、硫酸锌溶液、氢氧化钠溶液、酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂)、废液池、比色皿以及一蒸馏装置；
13.主机操控系统，所述主机操控系统通过信号连接所述第一旋转分配阀、所述溶液定量转移装置、所述自动进样器以及一光度计。
14.本发明全自动氨氮测定系统的进一步改进在于，所述溶液定量转移装置采用注射泵，所述主机操控系统通过信号连接所述注射泵的驱动器。
15.本发明全自动氨氮测定系统的进一步改进在于，所述蒸馏装采用自动蒸馏仪。
16.本发明全自动氨氮测定系统的进一步改进在于，所述主机操控系统设有自定义通讯协议。
17.本发明全自动氨氮测定方法，包括如下步骤：
18.对样品进行初步判断并对应处理，之后测定，包括：
19.若所述样品无明显悬浮杂质，取样置于所述进样器内的容器中，启动所述主机操控系统，通过所述溶液转移装置向所述样品内添加酒石钾钠溶液以及纳氏试剂，静置显色作为试份，将所述试份转移至比色皿内，通过所述光度计测定试份的吸光度，
20.若所述样品有少许悬浮杂质，取样置于所述进样器内的容器中，启动所述主机操控系统，通过所述溶液转移装置向所述样品内添加硫酸锌溶液以及氢氧化钠溶液，取絮凝沉淀后的上清液继续转移至所述进样器内的其他容器中，并继续进行上述测定步骤，
21.若所述样品带有颜色和/或较多悬浮杂质，取样置于所述蒸馏装置内进行蒸馏，启动主机操控系统，通过所述溶液转移装置将蒸馏后的样品转移至所述进样器内的容器中，继续进行上述测定步骤；
22.同样的方法，可将纯水移入所述进样器内的容器中，依次分别加入各试剂，以进行空白试验得到空白吸光度；
23.同样的方法，可将标液移入所述进样器内的容器中，依次分别加入各试剂，以得到标液的吸光度；
24.将所述试份的吸光度、空白吸光度以及标液的吸光度通过信号传输至主机操控系统内，主机操控系统计算绘制出校准曲线，进而得出氨氮含量。
25.本发明全自动氨氮测定系统及其测定方法的有益效果：
26.1.本发明全自动氨氮测定系统通过设置流路分配系统，溶液定量转移装置能够通过第一旋转分配阀的阀周接口向自动进样器抽吸或释放液体实现溶液的定量转移，响应时间快，控制精度高；
27.通过主机操控系统操控流路分配系统的第一旋转分配阀、定量转移装置以及自动进样器，能够对溶液进行精确定量和精准定位，实现了自动化一对多的加样、清洗、反洗、转移、混匀等功能，解决了人工氨氮测定存在的过程效率低下，精准性低的问题，并减少操作人员与试剂的接触，增加操作的安全性。
28.2.进一步地，本发明全自动氨氮测定系统还包括供连接移动通信设备的自定义通讯协议模块，保证整个系统能够支持系统的云操作，满足操作人员的远程办公需求
29.3.本发明全自动氨氮测定方法涵盖了样品在不同水质条件下的多种处理方法，配
合流路系统的蒸馏装置，对于带有颜色和/或较多悬浮杂质的样品能够自动化蒸馏净化并自动取样，进一步提高了效率。
附图说明
30.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.图1为本发明全自动氨氮测定系统的流路示意图。
32.图2为本发明全自动氨氮测定系统的结构示意图。
33.附图标记：
34.10-流路分配系统；11-第一旋转分配阀；(11a～11p)-第一旋转分配阀的阀周接口；12-溶液定量转移装置；121-注射器；13-自动进样器；131-进样针；132-样品盘；133-进样臂；e1-第一旋转分配阀的阀芯接口；20-蒸馏装置；30-主机操控系统；31-客户端上位机；40-光度计；50-试剂管理装；51-归纳箱；52-试剂瓶。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
36.实施例一
37.请参阅图1和图2，本发明提供一种全自动氨氮测定系统，包括：
38.流路分配系统10，流路分配系统10包括一第一旋转分配阀11、一溶液定量转移装置12以及一自动进样器13，其中，
39.第一旋转分配阀11的阀芯接口e1与溶液定量转移装置12接通，
40.第一旋转分配阀的阀周接口(11a～11p)之一与自动进样器13的进样针131接通，
41.第一旋转分配阀11的多个阀周接口(11a～11p)供接通用于氨氮测定的溶液(包括但不限于纯水、标液、硫酸锌溶液、氢氧化钠溶液、酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂)、废液池、比色皿以及一蒸馏装置20；
42.主机操控系统30，主机操控系统30通过信号连接第一旋转分配阀11、溶液定量转移装置12、自动进样器13以及一光度计40。
43.本实施例中，如图1，为了适应孔位的需要，第一旋转分配阀11选用十六通阀，具有(11a～11p)共计十六个阀周接口和一个阀芯接口e1，在其他实施方式中，第一旋转分配阀11可以选用其他阀周接口数量的多通阀，主机操控系统30通过信号连接第一旋转分配阀11，具体的，阀周接口(11a～11p)沿着第一旋转分配阀11的圆周顺时针排列，在同一时刻，主机操控系统30通过信号操控阀周接口(11a～11p)之一分别与阀芯接口e1相通，从而实现阀口的切换。必要时，可以通过增设旋转分配阀，将增设的旋转分配阀的阀芯接口连通第一旋转分配阀11的阀周接口(11a～11p)，并通过主机操控系统30信号连接该增设的旋转分配阀，达到扩展孔位选项的目的。
44.本实施例中，请继续参考图2，自动进样器13供放置样品，自动进样器13包括具有多个样品工位的样品盘132、设于样品盘132上方的进样针131以及控制进样针131运动的进样臂133，进样针131与第一旋转分配阀11的阀周接口(11a～11p)之一通过管路连通，样品
盘132和进样臂133与主机操控系统30通过信号连接，具体的，样品盘132为圆形样品盘，在圆形样品盘132上以其转轴为圆心，在不同半径上均匀分布着供放置样品试管的不同的样品工位，样品盘132和进样臂133通过主机操控系统30信号控制，在得到控制指令和信号后，产生协调的进样动作，样品盘132每转动一个样品工位都产生一个信号，进样臂133在得到信号后移动进样针对准样品工位，进行吸取或释放样品，从而保证进样臂133上的进样针131在样品盘132的不同半径上都能准确无误的吸取或释放目标样品，既能够代替人工取样的繁琐操作进行自动取样，同时也能够满足分时进样的需求。
45.本实施例中，溶液定量转移装置12用于从阀芯接口e1向对应的阀周接口(11a～11p)抽吸或者释放溶液，从而实现溶液的转移，另外，溶液定量转移装置12还具有定量量取的功能，溶液定量转移装置12通过下位机系统与主机操控系统30实现信号连接，控制其运转，从而满足加样、清洗、反洗、转移、混匀等功能。
46.作为本实施例的一较佳实施方式，溶液定量转移装置12采用注射泵，具体的，注射泵包括注射器121以及控制注射器121内的活塞线性运动的步进电机(图未示)，注射泵可以根据实体装置的设计需要进行布置，比如，可以和主机操控系统30一并布置于箱体内，并置于肉眼可见的位置，方便操作人员对注射器121的工作状态进行观察，必要时，能够及时发现操作过程中可能出现的问题。工作时，注射泵的单片机系统受主机操控系统30控制，发出控制脉冲使步进电机旋转，而步进电机带动丝杆将旋转运动变成直线运动，推动注射器121的活塞进行注射输液，实现高精度，平稳无脉动的液体传输。注射速度可由操作人员通过主机操控系统30上外接的键盘等操作进行设定，或者，借由本发明的主机操控系统30设有的自定义通讯协议实现远程控制。
47.本实施例中，蒸馏装置20具有多个冷凝管路，可以由主机操控系统30直接控制多个冷凝管路对应蒸馏出多个样品数量，蒸馏装置20与第一旋转分配阀11的多个阀周接口(11a～11p)接通，同样的，通过溶液转移装置12实现蒸馏后样品的定量转移，满足蒸馏装置20也可以采用独立的自动运行装置，以本实施方式中的蒸馏装置20为例，采用自动蒸馏仪，自动蒸馏仪的接收装置连通注射器121，自动蒸馏仪在完成蒸馏出液至接收装置后，主机操控系统20即可通过控制注射器121将接收装置内的溶液转移至进样器13，之后进行后续步骤，较佳的，主机操控系统20可以设置计时的功能，于蒸馏步骤开始计定固定时间后，自动操控注射器121进行后续溶液转移，操作方便。
48.本实施例中，主机操控系统30采用客户端上位机31，可与光度计40集成于一个箱体内，请参考图2，客户端上位机31设于上部，光度计40设于下部，客户端上位机31还设有供连接外部的外设的接口(图未示)，接口与客户端上位机31信号连接，接口可供连接外设，例如鼠标、键盘、显示屏等，整个系统的状态通过显示屏可以直观的展示给操作人员，操作人员可以通过键盘等外设实现各种功能操作，接口也可供连接usb等储存设备，便于数据的导出和储存。
49.较佳的，主机操控系统30还设有自定义通讯协议(图未示)，供连接移动通信设备，自定义通讯协议与客户端上位机31通过信号连接，通过设置自定义通讯协议，从而保证整个系统能够远程连接移动通信设备，例如手机等，从而支持手机远程控制，实现系统的云操作，满足操作人员的远程办公需求。
50.作为本实施例的一较佳实施方式，为了便于用于氨氮测定的溶液进行统一管理，
另外方便对溶液的余量进行监测，全自动氨氮测定系统还包括试剂管理装置50，试剂管理装置50具有一容置空间，供容置多个试剂瓶，多个试剂瓶用于分类盛放用于氨氮测定的溶液，请继续参考图2，本实施方式中，试剂管理装置50包括一归纳箱51，归纳箱51采用耐腐蚀的材质，归纳箱51内设有多个试剂瓶52，试剂瓶52与第一旋转分配阀11的多个阀周接口(11a～11p)通过管路一一对应连通。
51.一方面，可以通过将液位传感器(图未示)设于归纳箱51内，通过主机操控系统30信号连接该液位传感器，对溶液进行余量的监测，液位传感器可以采用接触式，置于相应的试剂瓶内，或者，采用非接触式，如超声波液位变送器，雷达液位变送器等，置于归纳箱51的箱体内部，实现对多个试剂瓶51内的液位进行检测。
52.另一方面，考虑到实际操作的复杂和难度，可以不设上述液位传感器，在客户端上位机31内，通过程序实现试剂余量智能计算提醒的功能,比如在向试剂瓶52内定量添加溶液后，相关剂量反馈记录至客户端上位机31上,，客户端上位机31中通过程序的历史记录大数据算法来计算操作过程中所需试剂量，在使用过程中，不断的计算使用量和余量，当试剂余量不足时，在实验前报警并提醒操作人员补充试剂。
53.通过设置试剂管理装置50，既能将种类繁杂的试剂置于同一管理装置中，便于管理溶液的使用，另外，通过上述的方法能通过主机操控系统30实现溶液的自动选用和度量，避免了繁杂的操作步骤，在余量不足时，能在实验前及时报警提醒，方便操作人员在实验前对整个实验的试剂用量的准确控制，提高了效率。
54.另外，为了进一步保证系统的操作安全性，在一个较佳实施方式中，全自动氨氮测定系统还包括用于监测漏液情况的漏液急停模块(图未示)，漏液急停模块采用下位机控制，并与客户端上位机31通过信号连接，在极端情况下可以及时停止整个系统的动力，阻止漏液的情况，并及时报警提醒用户检查。
55.实施例二
56.请继续参阅图1和图2，本发明还提供一种全自动氨氮测定方法，下面对该方法进行说明，该方法按照国标gb7479-87纳氏试剂比色法的规定，在保证测定结果的准确性的同时，极大的提高了效率，具体的，方法包括如下步骤：
57.步骤s1:对样品进行初步判断并对应处理，之后测定，包括：
58.步骤s11:若样品无明显悬浮杂质，取样置于进样器13内的容器中，启动主机操控系统20，通过溶液转移装置12向样品内添加酒石钾钠溶液以及纳氏试剂，静置显色作为试份，将试份转移至比色皿内，通过光度计40测定试份的吸光度，
59.步骤s12:若样品有少许悬浮杂质，取样置于进样器13内的容器中，启动主机操控系统20，通过溶液转移装置12向样品内添加硫酸锌溶液以及氢氧化钠溶液，取絮凝沉淀后的上清液继续转移至进样器13内的其他容器中，并继续进行上述测定步骤，
60.步骤s13:若样品带有颜色和/或较多悬浮杂质，取样置于蒸馏装置20内进行蒸馏，启动主机操控系统20，通过溶液转移装置12将蒸馏后的样品转移至进样器13内的容器中，继续进行上述测定步骤.
61.步骤s2:同样的方法，可将纯水移入所述进样器内的容器中，依次分别加入各试剂，以进行空白试验得到空白吸光度。
62.步骤s3:同样的方法，可将标液移入所述进样器内的容器中，依次分别加入各试
剂，以得到标液的吸光度。
63.步骤s4:将试份的吸光度、空白吸光度以及标液的吸光度通过信号传输至主机操控系统30内，主机操控系统30计算绘制出校准曲线，进而得出氨氮含量。
64.需要说明的是，虽然本实施例中，对整个测定方法进行了分步阐述，实际操作过程中，整个氨氮测定的方法是自动进行的，期间操作人员仅需通过主机操控系统30的客户端上位机31操作发出信号指令，整个测定过程便能够自动进行，另外，系统同样可以由主机操控系统30控制实现自动清洗，根据实际需要通过客户端上位机31进行操作，其方法与上述提及的方法相似，此处不再赘述。
65.以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。