CN101183071B - 一种水下水质分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下水质分析仪，属于测量技术领域。本发明所述一种水下水质分析仪，具体包括：棒状外壳，闪光氙灯光源，反射镜将由全息凹面光栅筛选出的光送入分光片，波长扫描系统，开放流通池，检测器，嵌在棒状外壳上的开放流通池，开口端位于棒状外壳外，密封端位于棒状外壳内，滤光片，系统内部的35BY步进驱动电机，系统监控等外围电路，放大器， A/D转换，8051单片微型计算机，LED单色光源。本装置具有双光路多波长光谱检测与分析的基本功能，其棒状结构和较小的体积，适于防水密封，并且具有开放流通池，可随意置于水或溶液中，实现在线水下水质分析。

Description

一种水下水质分析仪

技术领域

本发明涉及一种水质分析仪，特别涉及一种应用棒状分光光度系统的水下水质分析仪。

背景技术

目前，在线自动分析仪的主要技术原理有化学滴定法、电化学测量法、可见紫外可见分光光度法。传统的分光光度法是通过测定物质在特定波长范围内光的吸收度.对该物质进行定性和定量分析。当确定波长的单色平行光透过测定溶液时，会发生光吸收现象。物质的浓度愈大，或液层愈厚，吸收愈强。然后通过配制浓度各异的标准溶液系列，利用分光光度计测定各标准溶液的吸光度，以此作出浓度对吸光度的标准曲线。此后在相同操作条件下，测定未知试样的吸光度，从标准曲线上就可以求出试样中待测物的浓度。为了提高分析测定的灵敏度和选择性，大多数利用分子吸收光谱作分析的项目采用试剂反应法，在氨氮.亚硝酸盐.硫化氢这三种试样中分别加入合适的试剂，使之与被测组分反应，而后用分光光度法测定与被测物间有化学等计量关系的反应生成物，即能定量试样中被测物的浓度。这类反应大多是以肉眼可以判定的可见区的显色反应。

紫外分光光度法是建立在吸收定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法。实验证明，紫外吸光度能反映水中有机污染的程度，特别是对水中的一大类芳香族有机物和带双键有机物尤为灵敏。许多资料亦表明紫外吸光度和一些主要水质替代参数具有一定的相关性，因此，通过分析紫外吸光度来获得水质参数具有极为重要的理论与实际意义。在线水质分析仪器，特别是紫外在线分析仪器，已经逐步国家标准的取样后的化学分析法，比如水质分析中的COD检测法，国家标准为高锰酸钾法，耗时长，需要化学试剂，容易二次污染，目前普遍采用的254nm紫外替代的方法，虽然无须试剂，而且现场直接可测，在不到1秒时间内即可完成测定，快速，简便，但是一般仅限于单波长扫描，局限性较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅限于254nm或360nm的单波长扫描，可直接置于水下，使用起来更加方便的水质分析仪。

本发明思路：在棒状分光光度系统内安置有闪光氙灯光源，全息凹面光栅(250nm闪耀波长)，分光片和检测器，内置光栅扫描控制器，并且将分光光谱范围设定在200nm-650nm范围。利用系统内部自带的驱动电机，带动光栅转动扫描，实现从紫外到可见光范围的任意指定波长扫描。从而完成了一种快速在线紫外水质分析仪，测定水样时只需将其浸入水体中，仪器即可自动完成指定波长的紫外光谱分析工作，系统测定的光谱不限于254nm，而是在200nm-650nm范围内任意设置，无需任何试剂，完全可以替代多种水质分光光度检测方法和仪器，且都为在线现场测量。

本发明所述一种水下水质分析仪，具体包括：

棒状外壳；

系统内部的闪光氙灯光源1，用来提供稳定的紫外激光；

置于棒状外壳内，接受氙灯光源1发射出光的波长扫描系统3，内置光栅扫描控制器，并配以闪耀波长为250nm的全息凹面光栅，因此本分光光谱范围在200nm-650nm范围内任意选择，光谱分辨率为3nm，吸光度为SAC：0-250abs；

置于棒状外壳内的反射镜2，将由全息凹面光栅筛选出的光送入分光片；

分光片；

在棒状外壳内结构光路上嵌入了开放流通池(5)，开放流通池位于分光片光束输出端，流通水样可直接通过流通池而被检测；

置于棒状外壳内，且位于开放流通池光束输出端的检测器4，采用光电二极管；

滤光片6，对送入的光线进一步加以选择；

位于光栅扫描控制器内部的35BY步进驱动电机，带动250nm闪耀波长全息凹面光栅转动扫描，从而实现了从紫外到可见光范围的任意指定波长扫描；

置于棒状外壳外，与检测器4连接的系统监控外围电路7，实现了对仪器的控制、显示与系统监控功能；以及，

放大器8，实现了对信号的处理与运算；

置于棒状外壳外，与放大器连接的A/D转换9，实现模拟信号与数字信号的转换；

置于棒状外壳外，分别与系统监控外围电路的输出端、A/D转换输出端相连接的8051单片微型计算机，该仪器工作的核心；

置于棒状外壳外，与8051单片微型计算机相连的LED单色光源。

本发明相对于现有技术有如下优点：

(1)可以实现200nm-650nm范围为光谱扫描，为浸入式实时现场光谱检测分析提供了高性能、多功能应用仪器，在水质COD、有机物、硝酸盐、氨氮、总磷、总氮分析中，具有快速、准确、灵敏度高和结构紧凑的特点，特别适于现场水中污染物分析。

(2)其结构为棒状，体积小，防水密封，具有开放流通池，可随意置于水或溶液中，实现在线现场检测分析，主机与检测头分离，通过电缆线连接。系统内部全双工通信，测定光谱范围宽，系统集成度高，性能优越。

(3)在水源水质快速检验方面，本发明的水质分析仪可以快速测定水和废水中多种离子的参数，并且无需任何试剂，其操作简便、快速，又能定量确定被测离子的浓度并由仪器直接显示数值。

(4)测定方法精密和准确，保证了数据的准确可靠。在城市垃圾污水处理方面，本水质分析仪可迅速，准确地对垃圾渗滤液这种浓度变化范围很大的高浓度有机废水中所含的碳氢化合物、硝酸盐、硫酸盐及微量铜、镉、铅等重金属离子进行实时监测，从而对垃圾卫生填埋过程中的污水监测处理起到至关重要的作用，在水产养殖中，本水质仪可以快速，准确地检测出水中氨氮含量、亚硝酸盐、硫化物等有害物质的含量，并且仪器简单，操作方法简便，适合大量推广。

附图说明：

图1是本发明的示意图。图中，其中1为闪光氙灯光源，用来提供稳定的紫外激光；2为反射镜，3为波长扫描系统，内置光栅扫描控制器，并配以全息凹面光栅为250nm闪耀光栅，以保证本分光光谱范围可以在200nm-650pm范围内任意选择；4为检测器，5为开放流通池，被测污水即由此进入仪器中来，经过流通池的水样或者溶液的光谱信息，就可以由检测器的读数来分析；6为滤光片.7代表系统监控等外围电路，8代表放大器，9代表A/D转换，10代表8051单片微型计算机，11代表LED单色光源。

图2是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

这里介绍具体的结构和参数。

对照图1，图中1为闪光氙灯光源，用来提供稳定的紫外激光；3为波长扫描系统，内置光栅扫描控制器，分光光谱范围可在200nm-650nm范围内任意选择。系统内部有驱动电机，带动全息凹面光栅，250nm闪耀波长，转动扫描，从而实现了从紫外到可见光范围的任意指定波长扫描。6为滤光片，5为开放流通池，被测污水即由此进入仪器中来，经过流通池的水样或者溶液的光谱信息，就可以由检测器的读数来分析。所有扫描电机控制和检测器信号采集都是在一片C8051徼处理器的控制下完成的。

仪器以8051单片微型计算机10为核心，辅以A/D转换9、放大器8，系统监控等外围电路7，实现了信号的转换、处理、运算以及仪器的控制、显示与系统监控等功能选用可控脉冲氙灯，寿命可达10亿次，紫外光谱区域具有很强的光输出。

仪器外壳使用聚四氟乙烯塑料材料制作并加密，在开口处使用密封胶密封，从而达到其在水中密封防腐的目的。

系统参数：

电缆长度：5-10m；

光谱范围：200-650nm；

光谱分辨率：3nm；

闪耀波长：250nm；

吸光度：SAC：0-250abs

通信：波特率9600bps，异步10位，RS-485接口

和现有技术中同原理的分析仪不同的是，现有技术仪器采用的光源只产生单一波长的光谱，这是因为紫外UV₂₅₄与COD近似成线性关系，而其他波长和水质参数的关系则比较复杂。为了不丧失其他波长所提供的关于水质参数的有用信息，该仪器使用的光源产生200～650nm的光谱，通过软件分析不同波长对水质参数变化的影响，建立两者的关系模型。而且大多数现在普遍使用的仪器在使用过程中或多或少会用到一些化学试剂。而本仪器在使用中则不需要任何化学试剂，因此能更迅速、直接地获得各种水质参数。相比以往的各种水质分析仪，该系统具有测量速度快、可重复性好、成本低、不形成二次污染等优点。

Claims (1)

1.一种水下水质分析仪，其特征在于，包括：

棒状外壳，

置于棒状外壳内的闪光氙灯光源(1)，用来提供稳定的紫外激光；

置于棒状外壳内，接受氙灯光源(1)发射出光的波长扫描系统(3)，内置光栅扫描控制器，并配以闪耀波长为250nm的全息凹面光栅，因此本分光光谱范围在200nm-650nm范围内任意选择，光谱分辨率为3nm，吸光度为SAC：0-250abs；

置于棒状外壳内的反射镜(2)，将由全息凹面光栅筛选出的光送入分光片；

分光片；

在棒状外壳内结构光路上嵌入了开放流通池(5)，开放流通池位于分光片光束输出端，流通水样可直接通过流通池而被检测；

置于棒状外壳内，且位于开放流通池光束输出端的检测器(4)，采用光电二极管；

滤光片(6)，对送入的光线进一步加以选择；

系统内部的35BY步进驱动电机，带动250nm闪耀波长金息凹面光栅转动扫描，从而实现了从紫外到可见光范围的任意指定波长扫描；

微处理器，所有扫描电机控制和检测器信号采集都是在一片C8051微处理器的控制下完成的；

置于棒状外壳外，与检测器(4)连接的系统监控外围电路(7)，实现了对仪器的控制、显示与系统监控功能；以及，

放大器(8)，实现了对信号的处理与运算；

置于棒状外壳外，与放大器连接的A/D转换(9)，实现模拟信号与数字信号的转换；

置于棒状外壳外，分别与系统监控外围电路的输出端、A/D转换输出端相连接的8051单片微型计算机，该仪器工作的核心；

置于棒状外壳外，与8051单片微型计算机相连的LED单色光源。

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