CN101936963A - 有机锡自动测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机锡测试仪，由气相色谱仪、用于控制萃取针的机械手、氢化物发生系统和系统控制单元组成；所述机械手固定在所述气相色谱仪的工作台面上；所述氢化物发生系统包括氢化物发生瓶、第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵，所述氢化物发生瓶的连接口分别通过装有第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的管路与缓冲溶液瓶、氢化试剂瓶、待测样品瓶、纯水瓶和排液瓶连通；所述系统控制单元的相应输出端分别接所述气相色谱仪、机械手、第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的控制端。本发明实现了海水中有机锡测定的完全自动化。

Description

有机锡自动测试仪
技术领域
本发明涉及一种自动测试仪，尤其是一种自动氢化物发生器-顶空固相微萃取-气相色谱联用仪，用于在线监测有机锡的含量。
背景技术
有机锡化合物是锡和碳元素直接结合所形成的金属有机化合物，包括4种类型：四烃基锡化合物(R4Sn)、三烃基锡化合物(R3SnX)、二烃基锡化合物(R2SnX2)和一烃基锡化合物(RSnX3)，上述通式中R为烷基或芳基等，X为无机或有机酸根、氧或卤族元素等。有机锡是一种对人体和生物都有巨大毒性的物质，在海洋领域，有机锡主要用于海洋船体的防污涂料中，是人为因素引入海洋环境的最毒的化学品之一，其中主要是氯化三丁基锡(TBT)和三苯基锡(TPT)。
为了控制有机锡的危害，需要实时监测海水中有机锡的含量，由于海水基体非常复杂，有机锡的含量甚微，采用常规手段无法测定有机锡的含量，现常利用有机锡与氢反应生成具有挥发性氢化物的特性，将有机锡转化为氢化物，再采用顶空固相微萃取(HS-SPME)技术，萃取挥发性的有机锡氢化物，达到分离和富集目的，然后定量测定挥发性有机锡氢化物的含量。
目前常用的测定海水有机锡的方法是采用氢化物发生器和顶空固相微萃取手动完成前处理的工序，然后手动进样至气相色谱进行检测。整个前处理和检测的过程自动化程度不高，数据的重现性差；所取的样品必须要送到实验室进行测定，需要的实验数据往往要几天后才能得到，无法真实地反映海水中有机锡的实时含量；而且现有的氢化物发生器，如申请号为200820109646.3的中国专利公开的《氢化物发生器》和申请号为200720103197.7的中国专利公开的《用于原子荧光光谱仪的水样中超痕量贡测量装置》，适用于与原子吸收分光光度计或者原子荧光光谱仪连接，不适合与固相微萃取和气相色谱仪联用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动进行前处理和检测的有机锡检测仪。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：由气相色谱仪、用于控制萃取针的机械手、氢化物发生系统和系统控制单元组成；所述机械手固定在所述气相色谱仪的工作台面上；所述氢化物发生系统包括氢化物发生瓶、第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵，所述氢化物发生瓶的连接口分别通过装有第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的管路与缓冲溶液瓶、氢化试剂瓶、待测样品瓶、纯水瓶和排液瓶连通；所述系统控制单元的相应输出端分别接所述气相色谱仪、机械手、第一微量计量泵、第二微量计量泵、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的控制端。
所述氢化物发生系统还包括设置在氢化物发生瓶下部的电磁搅拌仪；所述系统控制单元的相应输出端接电磁搅拌仪的控制端。
所述氢化物发生瓶的瓶口设有橡胶塞，所述橡胶塞上设有用于扎萃取针的通孔。
所述机械手包括由直线导轨和无杆汽缸组成的气动滑台、滚动导轨智能组合单元、拖动气缸、步进电机和PLC控制单元；所述系统控制单元的相应输出端接PLC控制单元的控制端，所述PLC控制单元的相应输出端接所述无杆汽缸、拖动气缸和步进电机的控制端；所述气动滑台通过步进电机与滚动导轨智能组合单元形成垂直方向的滑动副；所述拖动气缸通过无杆汽缸与直线导轨形成水平方向的滑动副，并采用金属型死挡铁定位；所述拖动气缸通过拉杆与紧固萃取针的夹紧机构连接。
本发明在气相色谱的工作台面上增设了控制萃取针的机械手，所述机械手在PLC控制单元的控制下，自动寻找原点定位、移动萃取针至氢化物发生瓶顶空、插入萃取头、伸出萃取纤维完成萃取富集、缩回萃取纤维、移动萃取针至气相色谱仪顶空、从进样口插入萃取针、伸出萃取纤维、等待分离检测完成、缩回萃取纤维、拔出萃取头、最后移动萃取针至原点，同时完成了萃取和进样分析工作；所述氢化物发生系统在系统控制单元的控制下，自动完成氢化物发生瓶的润洗、加待测样品、加缓冲溶液和氢化试剂溶液、排液和清洗等动作。即整个测试的过程均由预先设置好的系统控制单元控制自动完成。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实现了海水中有机锡测定的完全自动化进行，无需人为干预，将其安装在海洋监测船上，对海水有机锡可以实现原位、实时、在线的分析测定，测定数据完全反映海水有机锡的实时结果；节省人工，并且测试结果重现性高；能够满足各种海监部门进行航海监测的需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明氢化物发生系统的结构示意图；
图3是本发明机械手的结构示意图；
图4是本发明工作流程图。
具体实施方式
参看图1～图3，本发明由气相色谱仪15、用于控制萃取针14的机械手16、氢化物发生系统17和系统控制单元1组成；所述机械手16固定在所述气相色谱仪15的工作台面上；所述氢化物发生系统17包括氢化物发生瓶6、第一微量计量泵3、第二微量计量泵2、第一蠕动泵12、第二蠕动泵13和第三蠕动泵9，所述氢化物发生瓶6的连接口分别通过装有第一微量计量泵3、第二微量计量泵2、第一蠕动泵12、第二蠕动泵13和第三蠕动泵9的管路与缓冲溶液瓶4、氢化试剂瓶5、待测样品瓶11、纯水瓶10和排液瓶8连通；所述系统控制单元1的相应输出端分别接所述气相色谱仪15、机械手16、第一微量计量泵3、第二微量计量泵2、第一蠕动泵12、第二蠕动泵13和第三蠕动泵9的控制端。
所述氢化物发生系统17还包括设置在氢化物发生瓶6下部的电磁搅拌仪7；所述系统控制单元1的相应输出端接电磁搅拌仪7的控制端。
所述氢化物发生瓶6的瓶口设有橡胶塞，所述橡胶塞上设有用于扎萃取针14的通孔。
所述机械手16包括由直线导轨22和无杆汽缸组成的气动滑台21、滚动导轨智能组合单元19、拖动气缸20、步进电机18和PLC控制单元；所述系统控制单元1的相应输出端接PLC控制单元的控制端，所述PLC控制单元的相应输出端接所述无杆气缸、拖动气缸20和步进电机18的控制端；所述气动滑台21通过步进电机18与滚动导轨智能组合单元19形成垂直方向的滑动副；所述拖动气缸20通过无杆气缸与直线导轨22形成水平方向的滑动副，并采用金属型死挡铁25定位；所述拖动气缸20通过拉杆23与紧固萃取针14的夹紧机构24连接。
所述气相色谱仪15、机械手16和氢化物发生系统17均在系统控制单元1的控制下自动进行工作，下面以海水有机锡的测定为例简述系统控制单元1的控制流程，参看图4。
步骤501，系统控制单元1给气相色谱仪15和机械手16的PLC控制单元发送指令，预启动气相色谱仪15至工作状态，机械手16寻找原点定位。
步骤502，取待测海水润洗氢化物发生瓶
系统控制单元1控制氢化物发生系统17开始工作，即通过控制第一蠕动泵12向氢化物发生瓶6内注入1000mL的海水，设置第一蠕动泵12的流速为5.5微升每毫秒，进样时间为182秒；然后系统控制单元1控制第三蠕动泵9从氢化物发生瓶6内排液，设置第三蠕动泵9的流速为5.5微升每毫秒，排液190秒后完成润洗操作。
步骤503，加入1000mL待测海水，启动电磁搅拌
系统控制单元1控制第一蠕动泵12以5.5微升每毫秒的流速向氢化物发生瓶6内进海水，进样时间为182秒，然后启动电磁搅拌仪7。
步骤504，加入缓冲溶液和氢化试剂溶液
系统控制单元1控制第一微量计量泵3以1.1微升每毫秒的流速加入pH为6.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液至氢化物发生瓶6，91秒后，控制第二微量计量泵2以52微升每秒的流速加入重量浓度为3％NaBH4氢化试剂，进样时间为58秒。
步骤505，移动机械手16完成萃取和富集操作
①系统控制单元1给PLC控制单元开始工作的指令，PLC控制单元通过控制无杆气缸，移动紧固有萃取针14的夹紧机构24至氢化物发生瓶6顶空；
②PLC控制单元通过控制步进电机18，移动气动滑台21向下垂直运动，将萃取针14通过橡胶塞的通孔插入氢化物发生瓶6；
③通过拖动气缸20控制拉杆23完成萃取针的萃取纤维伸出的操作；
④萃取富集10分钟后，通过拖动气缸20控制拉杆23完成萃取针的萃取纤维缩回的操作；
⑤通过步进电机18，移动气动滑台21向上垂直运动，将萃取针14拔出；
⑥通过无杆气缸，移动夹紧机构24至原点。
步骤506，同时完成停止电磁搅拌、排液、清洗和移动机械手进样至气相色谱仪的操作，下面分别进行详述：
1)停止电磁搅拌、排液、清洗氢化物反应瓶
①系统控制单元1控制电磁搅拌仪7停止电磁搅拌；
②控制第三蠕动泵9将氢化物发生瓶6的溶液排出，设置第三蠕动泵9的流速为5.5微升每毫秒，排液201秒；
③系统控制单元1控制第二蠕动泵13向氢化物发生瓶6内以6.5微升每毫秒流速注入纯水，60秒后启动电磁搅拌仪7，继续进液117秒后进液量达到设定量，控制单元控制第三蠕动泵9以5.5微升每毫秒流速时开始排液，当排液140秒后，控制电磁搅拌仪7停止搅拌，继续排液70秒后停止第三蠕动泵9，完成清洗动作。
2)移动机械手进样至气相色谱仪，完成检测、分析
①PLC控制单元继续通过步进电机18移动气动滑台21向下垂直运动，将萃取针14插入气相色谱仪15的进样口；
②通过拖动气缸20控制拉杆23完成萃取针的萃取纤维伸出的操作；
③气动气相色谱仪的检测程序，完成检测；
④通过拖动气缸20控制拉杆23完成萃取针的萃取纤维缩回的操作；
⑤通过步进电机18，移动气动滑台21向上垂直运动，将萃取针14拔出；
⑥通过无杆气缸，移动夹紧机构24至原点。
步骤507，判断是否收到检测命令，如果是，返回步骤502。如果否，判断是否退出程序，若确认退出，则程序结束；若不退出，返回步骤507。
综上，本发明通过系统控制单元控制有机锡测试仪的全部测定工作，程序启动后，取海水、氢化物发生反应、萃取富集、分析测定、数据输出等所有过程全部自动完成，无需人为干预，完全实现海水有机锡测定的自动化。

Claims (4)

1.一种有机锡测试仪，其特征在于由气相色谱仪(15)、用于控制萃取针(14)的机械手(16)、氢化物发生系统(17)和系统控制单元(1)组成；
所述机械手(16)固定在所述气相色谱仪(15)的工作台面上；
所述氢化物发生系统(17)包括氢化物发生瓶(6)、第一微量计量泵(3)、第二微量计量泵(2)、第一蠕动泵(12)、第二蠕动泵(13)和第三蠕动泵(9)，所述氢化物发生瓶(6)的连接口分别通过装有第一微量计量泵(3)、第二微量计量泵(2)、第一蠕动泵(12)、第二蠕动泵(13)和第三蠕动泵(9)的管路与缓冲溶液瓶(4)、氢化试剂瓶(5)、待测样品瓶(11)、纯水瓶(10)和排液瓶(8)连通；
所述系统控制单元(1)的相应输出端分别接所述气相色谱仪(15)、机械手(16)、第一微量计量泵(3)、第二微量计量泵(2)、第一蠕动泵(12)、第二蠕动泵(13)和第三蠕动泵(9)的控制端。
2.根据权利要求1所述的有机锡测试仪，其特征在于所述氢化物发生系统(17)还包括设置在氢化物发生瓶(6)下部的电磁搅拌仪(7)；所述系统控制单元(1)的相应输出端接电磁搅拌仪(7)的控制端。
3.根据权利要求1所述的有机锡测试仪，其特征在于所述氢化物发生瓶(6)的瓶口设有橡胶塞，所述橡胶塞上设有用于扎萃取针(14)的通孔。
4.根据权利要求1所述的有机锡测试仪，其特征在于所述机械手(16)包括由直线导轨(22)和无杆汽缸组成的气动滑台(21)、滚动导轨智能组合单元(19)、拖动气缸(20)、步进电机(18)和PLC控制单元；所述系统控制单元(1)的相应输出端接PLC控制单元的控制端，所述PLC控制单元的相应输出端接所述无杆汽缸、拖动气缸(20)和步进电机(18)的控制端；所述气动滑台(21)通过步进电机(18)与滚动导轨智能组合单元(19)形成垂直方向的滑动副；所述拖动气缸(20)通过无杆汽缸与直线导轨(22)形成水平方向的滑动副，并采用金属型死挡铁(25)定位；所述拖动气缸(20)通过拉杆(23)与紧固萃取针(14)的夹紧机构(24)连接。
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