CN102262087A - 水质中总砷在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种水质中总砷在线监测装置，包括嵌入式控制系统和依次管路连接的取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统；嵌入式控制系统内预设控制程序，控制取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统工作，取样泵系统和定量系统定量取样后，将试剂和待测水样经多通道进样系统进入到逐出系统中，在逐出系统中经氧化还原的化学反应将待测水样中无机砷、有机砷多种形态的砷统一成一种价态的气态砷化物，化学反应后总砷全部被逐出并转移到吸收与检测系统中，在吸收与检测系统中气态砷化物被吸收并进行总砷的在线检测，解决了水样背景干扰影响测定准确度的问题，大大提高了测量的准确度，增加了监测的适用范围。

Description

水质中总砷在线监测装置

技术领域

本发明属于在线监测仪技术领域，具体是涉及一种适用于水质中总砷含量的在线监测装置。

背景技术

由于砷污染的危害性，建立砷污染预警系统对砷污染进行实时监控变得日益紧迫，总砷在线监测仪器的需求近年来也日益显现。目前总砷在线监测仪器基本依赖进口，进口仪器价格昂贵。为打破对进口仪器的高度依赖，针对总砷在线监测的技术难题，不少科技创新企业通过加大科研投入，相继推出一系列总砷在线监测仪，填补了国内空白，结束了国外技术垄断的历史。

总砷在线监测仪国内安装的数量极少，这主要是因为总砷在线监测仪目前主要依赖进口且进口价格昂贵，而国产的这类仪器用户在使用中均认为不好用，其中表现最为突出的就是测量速度太慢且测量准确度不高，同时国产的总砷在线监测仪品种比较单一，技术和质量与国外相比还有很大差距。

由于砷中毒所引起的疾病常有发生，三价砷是砷的常见价态，也是对人体毒性最强的砷污染物质。总砷指的是1L水中总砷的含量（包括各种形态砷浓度的总和）。如果水中砷含量较高，被人饮用则会在体内累积，当长期饮用就会导致一些疾病的产生，因此对总砷的监测十分重要。

为了实现对水质中的总砷含量进行控制，国际和国内根据不同的水质分别制定了不同的标准。前全世界能生产总砷在线监测仪的厂家非常少，其技术主要以标准的光学比色法和阳极溶出伏安法为主。其中标准的光学比色法所需试剂量较大，导致化学试剂消耗量大，无形中给用户使用该仪器造成运行负担，而且这种方法在砷总量测定过程中样品的预处理过程复杂、耗时长，对于水质在线监测而言实时性很差。阳极溶出伏安法是一种较新的测量方法，原先该方法主要用在实验室测量或应急监测，之所以用在这些场合是因为在这些情况下使用水样的前期预处理工作均由使用者手工进行，而对于在线监测而言，只能用于水质非常清澈、砷含量较低且砷在水中的存在形态单一的情况下，当水样本身很浑浊或含有大量杂质乃至腐蚀性物质时测量的准确度就会大大下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确监测水中总砷浓度的在线监测装置，实现实时在线监测的目的，其监测精度可满足国家环保局提出的对各类水中总砷浓度的监测要求。可解决对水中总砷的准确而快速的在线监测问题，并且适用于各种不同类型的水质。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种水质中总砷在线监测装置，包括嵌入式控制系统和依次管路连接的取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统；所述嵌入式控制系统内预设控制程序，控制取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统工作，所述取样泵系统和定量系统定量取样后，将试剂和待测水样经多通道进样系统进入到逐出系统中，在逐出系统中经氧化还原的化学反应将待测水样中无机砷、有机砷多种形态的砷统一成一种价态的气态砷化物，化学反应后总砷全部被逐出并转移到吸收与检测系统中，在吸收与检测系统中气态砷化物被吸收并进行总砷的在线检测。

作为优选，所述取样泵系统的取样泵与定量系统中的定量管之间经缓冲管路相连接。这种连接方式可以保证化学试剂自由进出定量管的同时不会进入到取样泵系统，从而保护了取样泵不会受到试剂的污染而损坏。

作为优选，所述取样泵系统的取样泵为蠕动泵或注射泵，取样泵可以正反转动并能使定量管中产生负压或正压。

作为优选，所述定量系统中的定量管上设有用于定量的若干配对使用的光源和光接收器。光源和光接收器成对出现，且光源和光接收器的对数和所需要定量的体积数一一对应。通过待定量溶液在定量管中流动时使光源发射到光接收器的光强发生变化来确定溶液是否继续流动还是静止，从而确定溶液的体积的。

作为优选，所述多通道进样系统包括多通道模块，多通道模块的各个通道上均经由管路连接有电磁阀。电磁阀与多通道模块没有一体设计，两者之间通过管路连接，这样做的好处是任何一个通道上的电磁阀损坏了可单独更换且不影响其他通道上的电磁阀使用，以便降低用户维护成本。

作为优选，所述的多通道进样系统中，多通道模块经电磁阀选择性启闭第一标准液管路、第二标准液管路、第一试剂管路、第二试剂管路、逐出池废液管路、第三试剂管路和待测水样管路。

作为优选，所述逐出系统为一个密闭装置，包括逐出池，逐出池两端设有上下压块，通过电磁的通断来实现上下压块密封和开启逐出池，以便试剂可以自由进出逐出池；逐出池的下部设有温控装置，温控装置负责加热逐出池到一定的温度，以便进行相应的化学反应。其中逐出池与逐出池废液管路间通过多通道模块选择性启闭管路连通，当检测系统检测完毕后，多通道模块开启逐出池与逐出池废液管路的管路连通排出废液。

作为优选，所述的吸收与检测系统为一个密闭装置，包括比色池，比色池两端设有上下压块，通过电磁的通断来实现上下压块密封和开启比色池，以便试剂和统一成一种价态的气态砷化物可以自由进出比色池。比色池的一侧设有检测光源，与检测光源相对地在比色池的另一侧设有光检测器，其中检测光源负责产生检测水样中总砷含量的光源，光检测器负责感应检测光源的强度，根据光强度的变化计算水样中总砷的含量。

本发明多通道取样系统中多通道模块与电磁阀分开不成一体的方式来进行通道选择，这种方法解决了一旦某个通道上的电磁阀损坏后可通过简单更换的方式来恢复系统的正常运行，比整体更换多通道取样系统节约了成本和降低了劳动强度。

本发明取样泵系统与定量系统之间不是直接连成一体的，而是通过一段缓冲管路来连接，这种连接方式在保证化学试剂自由进出定量系统的同时不会进入到取样泵系统，从而保护了取样泵不会受到试剂的污染而损坏。

本发明通过氧化还原的化学反应将待测水样中无机砷、有机砷多种形态的砷统一成一种价态的气态砷化物并将其逐出原水样后通过另一种试剂吸收该气态砷化物发生颜色改变来实现总砷的测定，其中逐出系统与检测系统分别是两个独立的密闭装置，化学反应与光学检测独立进行，检测系统中溶液为纯净的化学试剂，而逐出池中有化学试剂和待测水样，由于待测水样在水样本身有颜色或很浑浊的情况下会影响总砷的测定，通过本发明所述的装置解决了水样本身存在背景干扰进而影响测定准确度的问题，大大提高了测量的准确度，极大的增加了监测的适用范围。

附图说明

图1是本发明的一种管路结构示意图；

图2是本发明的一种原理结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：参看图1和图2，本发明包括嵌入式控制系统和依次管路连接的取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统，其中嵌入式控制系统内预设控制程序，控制取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统工作，取样泵系统和定量系统定量取样后，将试剂和待测水样经多通道进样系统进入到逐出系统中，在逐出系统中经氧化还原的化学反应将待测水样中无机砷、有机砷多种形态的砷统一成一种价态的气态砷化物，化学反应后总砷全部被逐出并转移到吸收与检测系统中，在吸收与检测系统中气态砷化物被试剂吸收并进行总砷的在线检测。取样泵系统的取样泵1为蠕动泵或注射泵，可以正反转动并能使定量管中产生负压或正压，取样泵1与定量系统中的定量管3之间经缓冲管路2相连接。定量管3上设有用于定量的若干配对使用的光源4和光接收器7，光源和光接收器成对出现，且光源和光接收器的对数和所需要定量的体积数一一对应，通过待定量溶液在定量管中流动时使光源发射到光接收器的光强发生变化来确定溶液是否继续流动还是静止，从而确定溶液的体积。多通道进样系统包括多通道模块5，多通道模块5的各个通道上均经由管路连接有电磁阀6，多通道模块5经电磁阀6选择性启闭第一标准液管路14、第二标准液管路15、第一试剂管路16、第二试剂管路17、废液管路18、第三试剂管路19和待测水样管路20。逐出系统24为一个密闭装置，包括逐出池9，逐出池9两端设有上下压块8，通过电磁的通断来实现上下压块8密封和开启逐出池9，从而保证了试剂和待测水样可以自由进出逐出池9，逐出池9的下部设有温控装置13，温控装置13负责加热逐出池9到一定的温度，以便进行相应的化学反应。其中逐出池9与逐出池废液管18路间通过多通道模块5选择性启闭管路连通，检测完毕后多通道模块5开启逐出池9与逐出池废液管路18的管路连通排出废液。吸收与检测系统25为一个密闭装置，包括比色池10，比色池10两端设有上下压块8＇，通过电磁的通断来实现上下压块8＇密封和开启比色池10，从而保证了试剂和统一成一种价态的气态砷化物可以自由进出比色池10，比色池10的一侧设有检测光源12，与检测光源12相对地在比色池10的另一侧设有光检测器11，检测光源12负责产生检测水样中总砷含量的光源，光检测器11负责感应检测光源12的强度，根据光强度的变化计算水样中总砷的含量。

本发明多通道取样系统中多通道模块与电磁阀分开不成一体的方式来进行通道选择，这种方法解决了一旦某个通道上的电磁阀损坏后可通过简单更换的方式来恢复系统的正常运行，比整体更换多通道取样系统节约了成本和降低了劳动强度。

本发明取样泵系统与定量系统之间不是直接连成一体的，而是通过一段缓冲管路来连接，这种连接方式在保证化学试剂自由进出定量系统的同时不会进入到取样泵系统，从而保护了取样泵不会受到试剂的污染而损坏。

本发明的工作原理如下：取样泵系统产生负压，将第三试剂经由电磁阀和多通道模块吸入定量管中，根据第三试剂通过光源与光接收器之间的管路时光信号产生的变化来感知第三试剂到达的位置，进而实现第三试剂的定量量取，定量完成后取样泵系统产生正压，将第三试剂经由多通道模块和电磁阀推入到比色池10中；经过简单过滤处理的待测水样利用同样的方法被推入到逐出池9中，然后将第一试剂、第二试剂也定量地推入到逐出池9中，由温控装置开始对逐出池9进行加热，促进化学反应，同时打开抽气泵21将反应后的气态砷化物经导气管22逐出到比色池10中，持续3-10分钟的化学反应后开始降温，总砷全部被逐出并转移到比色池10中，随后开始进行光学检测，根据光检测器的信号强度来测量水中总砷的含量。在检测实际水样前先分别按上述流程将第一标准液和第二标准液分别代替水样进行测量，用来计算校正系数。所有的上述测量过程均有嵌入式控制系统来自动控制完成，同时嵌入式控制系统提供了人机对话窗口，通过键盘、鼠标或触摸屏来实现总砷在线监测装置的系统配置和测量过程中的参数配置，从而实现无人值守下的总砷在线监测装置的全自动可靠运行。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述监测装置包括嵌入式控制系统和依次管路连接的取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统；所述嵌入式控制系统内预设控制程序，控制取样泵系统、定量系统、多通道进样系统、逐出系统和吸收与检测系统工作，所述取样泵系统和定量系统定量取样后，将试剂和待测水样经多通道进样系统进入到逐出系统中，在逐出系统中经氧化还原的化学反应将待测水样中无机砷、有机砷多种形态的砷统一成一种价态的气态砷化物，化学反应后总砷全部被逐出并转移到吸收与检测系统中，在吸收与检测系统中气态砷化物被吸收并进行总砷的在线检测。

2.根据权利要求1所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述取样泵系统的取样泵（1）与定量系统中的定量管（3）之间经缓冲管路（2）相连接。

3.根据权利要求2所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述取样泵系统的取样泵（1）为蠕动泵或注射泵。

4.根据权利要求2所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述定量系统中的定量管（3）上设有用于定量的若干配对使用的光源（4）和光接收器（7）。

5.根据权利要求1所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述的多通道进样系统包括多通道模块（5），多通道模块（5）的各个通道上均经由管路连接有电磁阀（6）。

6.根据权利要求5所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述的多通道进样系统中，多通道模块（5）经电磁阀（6）选择性启闭第一标准液管路（14）、第二标准液管路（15）、第一试剂管路（16）、第二试剂管路（17）、逐出池废液管路（18）、第三试剂管路（19）和待测水样管路（20）。

7.根据权利要求1所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述逐出系统（24）为一个密闭装置，包括逐出池（9），逐出池（9）两端设有上下压块（8），逐出池（9）的下部设有温控装置（13）。

8.根据权利要求7所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述逐出池（9）与逐出池废液管路（18）间通过多通道模块（5）选择性启闭管路连通，当检测系统检测完毕后，多通道模块（5）开启逐出池（9）与逐出池废液管路（18）的管路连通排出废液。

9.根据权利要求1所述的水质中总砷在线监测装置，其特征在于所述的吸收与检测系统（25）为一个密闭装置，包括比色池（10），比色池（10）两端设有上下压块（8＇），比色池（10）的一侧设有检测光源（12），与检测光源（12）相对地在比色池（10）的另一侧设有光检测器（11）。