CN102262065B - 一种在线测定水中硝酸盐氮的仪器 - Google Patents

Abstract

一种在线测定水中硝酸盐氮的仪器，属于水质监测仪器设备技术领域，用于在线测定水中硝酸盐氮，其技术方案是：它由外壳体、检测池、光源、检测部分、控制电路组成，检测池安装在外壳体的中部，检测池分为上下两部分，在上检测池一侧的上外壳体内安装有光源，在下检测池一侧的下外壳体内安装检测部分和控制电路，在下检测池与上检测池相对的端面上有进水凹槽，沿着检测池的轴线有对应的通光孔，通光孔上安装有石英镜片，检测部分安装在与通光孔轴线相对应的位置。本发明采用双波长紫外吸收法，进行防水设计，可投入水中对水体进行原位检测，对环境无二次污染，能够快速、高效、准确地在线测定水中硝酸盐氮浓度，填补了国内外的空白。

Description

一种在线测定水中硝酸盐氮的仪器

技术领域

本发明涉及一种用于检测饮用水、地下水、地表水、污水硝酸盐氮的浓度的仪器，属于水质监测仪器设备技术领域。

背景技术

硝酸盐氮是含氮有机物化合物经无机化作用的最终分解产物。硝酸盐氮本身对人体没有毒害，但在人体内经硝酸还原菌作用后被还原为亚硝酸盐氮，毒性扩大为硝酸盐毒性的11倍。亚硝酸盐可将血红蛋白转化为高铁血红蛋白或硝基血红蛋白，使红血球变性不再有携带氧的能力，人体出现窒息现象。国家各类标准，如GB/T 14848-9《地下水质量标准》、GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》、GB 3838-2002《地表水环境质量标准》都明确规定了硝酸盐氮的浓度限值。

近年来随着人们生活水平的不断提高，越来越关注饮用水的‘健康”和“安全”，对于饮用水各项指标特别是有害物质的检测越来越重视。目前，常用的检测硝酸盐氮方法有酚二磺酸法、镉柱还原法、离子选择电极法、紫外分光度法。其中酚二磺酸法和镉柱还原法，反应条件要求严格，操作复杂，干扰因素多预处理繁琐费时，加标回收率不稳定；离子选择电极法操作简单，但是运行费用高，带来二次污染；紫外分光度法测量范围小，前处理复杂。而国外一些其它类型的检测硝酸盐氮的仪器存在着具体设置不适合我国国情、仪器维修困难、价格昂贵、运输不便等问题，因此，自主开发一种能够满足在线监测硝酸盐氮需要的仪器是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单高效、检测准确、常温常压、无二次污染的在线测定水中硝酸盐氮的仪器。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种在线测定水中硝酸盐氮的仪器，它由外壳体、检测池、光源、测量滤光片、参比滤光片、测量光电检测器、参比光电检测器、测量峰值检测电路、参比峰值检测电路、控制电路组成，检测池安装在外壳体的中部，在检测池一侧的上外壳体内安装有光源，在检测池另一侧的下外壳体内安装测量滤光片、参比滤光片、测量光电检测器、参比光电检测器、测量峰值检测电路、参比峰值检测电路、控制电路，在检测池中部有进水凹槽，沿着检测池的轴线有通光孔，通光孔与光源轴线相对应，检测池中的进水凹槽相对端面的通光孔上安装有石英镜片，测量滤光片安装在与通光孔轴线相对应的位置，参比滤光片在测量滤光片的后部，与测量滤光片成预定的夹角，测量滤光片、参比滤光片分别与测量光电检测器、测量峰值检测电路、参比光电检测器、参比峰值检测电路对应连接，测量峰值检测电路、参比峰值检测电路分别与控制电路相连接。

上述在线测定水中硝酸盐氮的仪器，所述检测池分为上下两部分，进水凹槽位于下检测池的端面上，下检测池的进水凹槽的上端面与上检测池的端面相接触，上检测池和下检测池之间有定位销和定位孔，上检测池和下检测池之间由螺栓连接固定，上检测池和下检测池的通光孔的两侧分别有对应的过线孔和传动轴孔。

上述在线测定水中硝酸盐氮的仪器，所述下检测池一侧的下外壳体内安装有清洗装置，清洗装置由气泡清洗连接弯头、电机、槽型光耦、传动轴、刮片组成，气泡清洗连接弯头固定在下检测池的一侧，气泡清洗连接弯头的一端有通气孔连接到进水凹槽，另一端与外接储气罐通过导管连接，刮片安装在进水凹槽的端面上，传动轴的一端与刮片相连接，另一端连接电机，槽型光耦与电机相连接。

上述在线测定水中硝酸盐氮的仪器，所述光源为一体化光源，一体化光源包含高压脉冲电源和氙灯，高压脉冲电源与控制电路相连接。

本发明的有益效果：

1． 本发明采用双波长紫外吸收法，进行防水设计，可投入水中对水体进行原位检测，不需化学试剂，运行成本低，对环境无二次污染。

2．采用光程可调式检测池设计，可依据监测水域硝酸盐氮浓度合理改变测量样品的光程，一机多用，在保证测量范围的前提下最大幅度提高测试准确度。

3．采用多种清洗系统，可依据现场实际情况选择，定期对光学视窗进行清洗，防止污泥沉积、藻类孳生，保证数据的准确性，降低仪器维护量。

4． 仪器光源采用一体化脉冲氘灯，其光亮度强，能耗低、发射光谱稳定，且使用寿命长。

5． 采用微型化、智能化、低能耗设计，适合多种应用领域。

本发明提供了一种能够快速、高效、准确地在线测定水中硝酸盐氮浓度的仪器，填补了国内外的空白，具有良好的经济效益和社会效益，值得在环保监测领域推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的检测池和清洗装置结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的A-A剖视图；

图5是本发明的测量单元结构示意图；

图6是本发明的参比单元结构示意图；

图7是本发明的检测池上部结构示意图；

图8是本发明的检测池下部结构示意图。

图中标记如下：深水连接器1、吊环2、端盖3、光源4、上外壳体5、气泡清洗连接弯头6、下外壳体7、参比滤光片8、控制电路9、电机控制电路10、 下检测池11、刮片12、上检测池13、氙灯支架14、传动轴15、电机16、石英镜片17、遮光片18、槽形光耦19、参比光电检测器20、测量光电检测器21、测量峰值检测电路22、测量滤光片23、参比峰值检测电路24、定位销25、过线孔26、传动轴孔27、密封圈28、定位孔29、护线座30。

具体实施方式

    图中显示，本发明为在线测定水中硝酸盐氮的仪器，该仪器的一个实施例的外观为圆柱体，圆柱体外壳为新型轻质防腐铝合金或不锈钢材料。圆柱体中间是一检测池它将圆柱体外壳分为上外壳体5、下外壳体7两部分，上外壳体5的端盖3上安装一深水连接器1，两个吊环2分别处于深水连接器1的两侧。信号线缆通过深水连接器1与仪器内部连接。外壳与检测池之间连接处通过密封防水设计，整个仪器达到防护等级IP68。

图中显示，检测池是由上检测池13，下检测池11两部份组成。两者之间由两个定位销25和定位孔29定位，内六角螺钉连接固定。上检测池13、下检测池11的对称位置各有三孔，中间一个孔为通光孔，通光孔与光源轴线相对应，检测光从通光孔中穿过，上检测池13和下检测池11相对端面的通光孔上安装有石英镜片17。通光孔旁边的两孔分别为过线孔26和传动轴孔27，上检测池13和下检测池11之间的连接导线穿过过线孔26，清洗装置的传动轴的轴端插入传动轴孔27中固定.下检测池11端面上还有护线座30。

检测池设计为上、下两部分可以实现检测池的光程可调，其结构是在下检测池11与上检测池13相对的端面上有阶梯型进水凹槽，不同的下检测池11的凹槽深度不同，通过更换下检测池11，即可改变上、下两部分之间测量狭缝的大小，从而改变测量样品的光程。

图中显示，在上外壳体5内部装有一体化光源4，它通过L形的灯座固定在上检测池13的端面上。光源4包含高压脉冲电源和氙灯，软件提供触发信号，高压脉冲电源供给氙灯，致使检测光源按照某一特定频率闪烁，光路透过检测池内的样品进行检测。

图中显示，下外壳体7内部分为上、中、下三层，上层为控制电路9，中层为测量装置和参比装置，下层为清洗装置。

所述的测量装置和参比装置分别由测量滤光片23、测量光电检测器21、测量峰值检测电路22和参比滤光片8、参比光电检测器20、参比峰值检测电路24组成。测量滤光片23、测量光电检测器21与参比滤光片8、参比光电检测器20成一定角度放置。光源4发射的检测光经过检测池内的样品，部分特征光被吸收后，射向220nm的测量滤光片23，另外经220nm的测量滤光片23反射的部分光至275nm的参比滤光片8。测量光电检测器21与参比光电检测器20光电检测器检测220nm、275nm的光信号，通过信号转换，经控制电路9运算，最终结果传递给上位机，显示出水中硝酸盐氮含量。

所述的清洗装置由气泡清洗连接弯头6、电机16、槽型光耦19、传动轴15、刮片12组成。气泡清洗连接弯头6固定在下检测池11的一侧，气泡清洗连接弯头6的一端有通气孔连接到进水凹槽，另一端与外接储气罐通过导管连接，刮片12安装在进水凹槽的端面上，传动轴15的一端与刮片12相连接，另一端连接电机16，槽型光耦19与电机相连接。

在仪器每次测量前对仪器视窗与水的接触面进行自动清洗，从而减小镜面污染物对测量产生的误差。采用方式为气泡清洗或者刮片清洗。气泡清洗，将空气收集压缩至3L的储气罐内，管路连接至检测池下部的气泡清洗连接弯头6上，清洗时瞬间释放形成3bar～5bar高压，彻底清洁仪器视窗。刮片清洗，每次清洗时控制电路9发出指令，使低速电机16通过传动轴15带动刮片12转动，2个槽型光耦19控制电机16旋转范围，使刮片12沿扇形区域转动，对仪器视窗表面进行自动清洗。

本发明在仪器多个连接环节都采用双道或多道密封设计。上外壳体5与上检测池13之间、上检测池13与下检测池11之间、下检测池11与下外壳体7之间都采用多道特定耐腐蚀的密封圈28密封。自动清洗装置的传动轴15与下检测池11之间，除采用密封圈28密封外，还增加了传动轴孔27和导沙油封，确保传动轴15转动时不偏离中心，并抵制泥沙对传动轴15及密封圈28的腐蚀破坏。

    本发明的工作过程如下：

首先依据监测水域硝酸盐氮浓度调节检测池至适宜光程。测试前先对仪器视窗进行清洗，如采用气泡自动清洗，气泡清洗连接弯头6连接装配有电磁阀控制的储气罐，控制电路9开启泵将气体压缩至储气罐，需要清洗时，开启电磁阀，瞬间形成高压气泡完成清洗。如采用刮片12清洗，电机控制电路10控制传动轴15带动刮片12转动，传动轴15上的遮光片18与槽形光耦19配合，确定刮片12转动范围，电机16停止即完成仪器视窗的清洁。

控制电路9控制光源4，发出特定脉冲工作频率的光线，通过检测池后，通过220nm的测量滤光片23及275nm的参比滤光片8，到达测量光电检测器21和参比光电检测器20进行光电转换后，分别由测量峰值检测电路22、参比峰值检测电路24测量光路的峰值，传输给控制电路9并转换为数字信号，再进行计算得到硝酸盐氮浓度值，通过串行通信接口送给上位机。 控制电路9内部的电源稳压单元向仪器各部分的电子单元提供所需的电压。

本发明采用双波长紫外吸收法，进行防水设计，可投入水中对水体进行原位检测，使用的脉冲氙灯或氘灯电源吸收光谱稳定，使用寿命长；不需化学试剂，对环境无二次污染；自动清洗装置可以定期的对仪器视窗表面进行自动清洗，降低仪器维护量，确保仪器的稳定性。

Claims (3)

1.一种在线测定水中硝酸盐氮的仪器，其特征在于：它由外壳体、检测池、光源(4)、测量滤光片(23)、参比滤光片(8)、测量光电检测器(21)、参比光电检测器(20)、测量峰值检测电路(22)、参比峰值检测电路(24)、控制电路(9)组成，检测池安装在外壳体的中部，在上检测池(13)一侧的上外壳体(5)内安装有光源(4)，在下检测池(11)另一侧的下外壳体(7)内安装测量滤光片(23)、参比滤光片(8)、测量光电检测器(21)、参比光电检测器(20)、测量峰值检测电路(22)、参比峰值检测电路(24)、控制电路(9)，在检测池中部有进水凹槽，沿着检测池的轴线有通光孔，通光孔与光源轴线相对应，检测池中的进水凹槽相对端面的通光孔上安装有石英镜片(17)，测量滤光片(23)安装在与通光孔轴线相对应的位置，参比滤光片(8)在测量滤光片(23)的后部，与测量滤光片(23)成预定的夹角，测量滤光片(23)、参比滤光片(8)分别与测量光电检测器(21)、测量峰值检测电路(22)、参比光电检测器(20)、参比峰值检测电路(24)对应连接，测量峰值检测电路(22)、参比峰值检测电路(24)分别与控制电路(9)相连接；

所述检测池分为上下两部分，进水凹槽位于下检测池(11)的端面上，下检测池(11)的进水凹槽的上端面与上检测池(13)的端面相接触，上检测池(13)和下检测池(11)之间有定位销(25)和定位孔(29)，上检测池(13)和下检测池(11)之间由螺栓连接固定，上检测池(13)和下检测池(11)的通光孔的两侧分别有对应的过线孔(26)和传动轴孔(27)。

2.根据权利要求1所述的在线测定水中硝酸盐氮的仪器，其特征在于：所述下检测池(11)一侧的下外壳体(7)内安装有清洗装置，清洗装置由气泡清洗连接弯头(6)、电机(16)、槽型光耦(19)、传动轴(15)、刮片(12)组成，气泡清洗连接弯头(6)固定在下检测池(11)的一侧，气泡清洗连接弯头(6)的一端有通气孔连接到进水凹槽，另一端与外接储气罐通过导管连接，刮片(12)安装在进水凹槽的端面上，传动轴(15)的一端与刮片(12)相连接，另一端连接电机(16)，槽型光耦(19)与电机(16)相连接。

3.根据权利要求2所述的在线测定水中硝酸盐氮的仪器，其特征在于：所述光源(4)为一体化光源，一体化光源包含高压脉冲电源和氙灯，高压脉冲电源与控制电路(9)相连接。

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