CN103002976B - 液体分析装置和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液体分析系统（3、50）的搅拌器（1）。所述搅拌器（1）具有用于接纳样品液体的室（5）。通道（6）从室（5）的底部开始，在搅拌室（7）中结束。搅拌室（7）的侧壁通过隔板（8）形成。隔板（8）连接到具有用于隔板（8）的往复运动的偏心驱动器的电机（9）。在主体（2）的相对侧的气体入口（10）通过通道（11）连接到搅拌室（7）。搅拌室具有与隔板相对的圆顶形内表面，搅拌室（7）容积的约10%通过隔板（8）的向内运动而移动。另外，有利的是，由于圆顶形内表面，移动力在搅拌室（7）内均匀地施加。

Description

液体分析装置和相关方法
技术领域
本发明涉及一种用于将气体与液体混合或将气体从液体分离的搅拌器。
背景技术
本发明尤其关于在美国专利说明书No.US7713479和No.US7556773中描述的那种类型的液体分析器，在所述液体分析器中，臭氧、酸、碱在反应器容器中与液体样品以不同倍数混合。例如，液体样品可利用碱溶液和臭氧被氧化。酸可被添加到液体样品中，然后通过冲洗去除碳酸盐。另外，可将催化剂添加到液体样品中，以将草酸盐还原为碳酸盐。
然而，本发明在需要将气体与液体混合或将气体从液体分离的应用中具有更广泛的用途。
可简单地通过使所述气体气泡穿过液体使气体与液体混合。当需要更加积极地混合时，通常在泵的帮助下发生所述混合，从而所述液体和气体混合物经泵从室中被提取并循环回到室中。在泵上设置诸如“挡板”阀的通常的阀，以控制液体和气体混合物流动通过泵。然而，颗粒材料或小纤维可阻挡所述阀，因此不利地影响气体和液体的混合。
JP62132530、US5934885和JP6047165均描述了用于液体的混合的布置。在JP62132530中，针对将混合的两种液体的流动控制使用隔板。US5934885描述了一种多层试剂泵组件，其具有设置在所述层之间的隔膜泵。JP6047265描述了一种混合器，其具有在混合室中的用于将气体分散到液体中的振动隔板。
本发明旨在提供一种用于诸如以上描述的应用中的改进的搅拌器。一个目的是实现约251以下的量的有效混合，同时避免移动可变得被颗粒或纤维阻挡的部件，诸如带有旋转叶片的阀和泵。另一目的是在引入的气体可快速变化的情况下实现改进的搅拌。另一目的是避免对泵密封件的需要。另一目的是允许在侵蚀环境中的操作。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于液体分析系统的搅拌器，所述搅拌器包括：
液体样品室，用于容纳液体；
搅拌室，通过液体通道（6）连接至所述液体样品室；
气体入口（10），通过气体通道连接至所述搅拌室；
往复式构件，安装为与搅拌室中的液体和气体接触；以及
驱动装置，用于利用移动力使往复式构件往复运动，以在搅拌室中将进入的气体和液体混合，并且将混合物推送到液体样品室中。
在一个实施例中，液体通道（6）从液体室向下延伸至搅拌室（7）。
在一个实施例中，往复式构件是柔性隔板。
在一个实施例中，隔板形成搅拌室的侧壁。
在一个实施例中，隔板安装在与气体通道相对的搅拌室的侧部。
在一个实施例中，隔板安装在与液体通道相对的搅拌室的侧部。
在另一实施例中，搅拌室具有与隔板相对的圆顶形内表面。
在一个实施例中，所述圆顶形内表面包括至气体通道和至液体通道的开口。
在一个实施例中，液体室、通道和搅拌室在一个材料块（2）中形成。
在一个实施例中，液体室的容量在1ml至251的范围内。
在一个实施例中，液体通道的直径在0.5mm至50mm的范围内，并且其长度在1mm至1m的范围内。
在一个实施例中，气体通道的直径在0.5mm至50mm的范围内。
在一个实施例中，搅拌室的容量在0.1ml至21的范围内。
在一个实施例中，往复式构件的频率在10Hz至1000Hz的范围内。
在一个实施例中，搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，“B”是液体通道的直径，并且“D”是往复式构件的直径。
在一个实施例中，所述搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，其中，“行程”是往复式构件的行程，并且“D”是往复式构件的直径。
在一个实施例中，所述搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，“A”是气体通道的直径，并且“D”是往复式构件的直径。
在另一方面，本发明提供了一种液体分析器，其包括搅拌器、气源、用于碱或酸溶液的液体源和分析器组件，所述分析器组件用于分析从以上液体中提取的气体或分析分析器中的液体，其中,所述搅拌器包括：
液体样品室，用于容纳液体；
搅拌室，通过液体通道连接至液体样品室；
气体入口，通过气体通道连接至搅拌室；
往复式构件，被安装为与搅拌室中的液体和气体接触；以及
驱动装置，用于利用移动力使往复式构件往复运动，以在搅拌室中将进入的气体和液体混合，并且将混合物推送到液体样品室中。
在一个实施例中，气源适于在足以将气体连续递送到搅拌室中以及抵抗往复式构件的动作的压力下递送气体。
在另一方面，本发明提供了一种通过在任一实施例中在上面限定的搅拌器执行的分析方法，所述方法包括：从样品液体室中经液体通道抽取液体；在搅拌室中以及在液体通道的端部将气体添加到液体；以及随后迫使液体和气体穿过液体通道进入样品液体室。
在一个实施例中，在分析过程中气体以连续的流被供应到搅拌室。
在一个实施例中，液体室经液体通道、搅拌室和气体通道被填充和清空。
在各种其它实施例中，本发明提供了一种用于将气体和液体混合或者将气体从液体分离的搅拌器，其具有：用于接纳液体的室和连接到所述室的往复式构件；以及用于使往复式构件往复运动的驱动装置。
在优选的实施例中，通道在所述室和其中安装有往复式构件的搅拌室之间连通。气体入口管线连接到通道，以将气体经通道递送到室中。优选地，所述气体入口管线连接至搅拌室。所述往复式构件是柔性隔板。
在另一方面，本发明提供了一种包含搅拌器的液体分析器。
在另一方面，提供了一种气体与液体混合的方法，所述方法包括：从室中经通道抽取液体；在所述通道中将气体添加到液体；以及随后迫使液体和气体穿过所述通道进入所述室。
附图说明
通过参照附图，从以下对仅通过示例的方式给出的本发明的一些实施例的描述中，本发明将被更加清楚地理解，其中：
图1是本发明的液体分析器的示意图；
图2是省略了顶盖的图1的系统的搅拌器的正视图，图3是剖视侧视图，以及图4是搅拌器的透视图；
图5是去除了电机的搅拌器的正视图，从而更清楚地示出了隔板，图6是去除了电机的对应剖视图，以及图7是示出了搅拌室的更详细的剖视图；以及
图8是本发明的替代形式的液体分析器的示意图。
具体实施方式
图1示出了包含在液体分析器3中的搅拌器1。液体分析器3处于与在US7713479中描述的相似的一般水平。采样泵14可被操作以将样品液体经采样阀15递送到搅拌器1中。酸泵16可被操作以将酸经3向阀17和采样阀15递送到搅拌器1。臭氧发生器20可被操作以将臭氧经第二3向阀22和气体入口管线递送到反应器容器2的搅拌器1。碱泵26连接至搅拌器1以根据需要将碱液体递送到搅拌器1的液体样品室。气体出口管30从搅拌器1经二氧化碳分析器31和臭氧破坏器32连接至排放装置。
虽然液体分析器3按照US7713479中描述的液体分析器的方式相似的方式在一般水平下操作，但是在这种情况下，所述样品液体并不通过泵从反应器室中抽出并随后返回。
参照图2至图7，搅拌器1具有主体2，在所述主体2中存在用于接纳样品液体的室5。所述室5在使用中被顶盖或上盖覆盖，如图1所示。从室5的底部开始的通道6在搅拌室7中终结。搅拌室7的侧壁通过隔板8形成。隔板8连接到具有偏心驱动器（未示出）的电机9，所述偏心驱动器用于隔板8的往复运动。位于主体2的相对侧的气体入口10通过通道11连接到搅拌室7。搅拌室具有与所述隔板相对的圆顶形内表面，搅拌室7容积的一部分通过所述隔板8的向内运动而移动经过（移置）。移动经过的容积可在约10%至接近100%的范围内。另外，有利的是，由于圆顶形内表面，移动力在搅拌室7中均匀地施加。
在该实施例中，搅拌器1的参数如下：
液体室5的容量为30ml，优选地，更一般地，在约1ml至约251的范围之间。
通道6的直径为3.0mm，更一般地，在约0.5mm至约50mm的范围内。该通道的长度为20mm，更一般地，在约1mm至约1m的范围内。
通道11的直径为3.0mm，更一般地，在约0.5mm至约50mm的范围内。该通道的长度为30mm，更一般地，为至少约1mm。
当隔板8处于中间位置（在图3中看，为竖直）时，搅拌室7的容量为20ml，更一般地，在0.1ml至约21的范围内。
隔板8的直径为28mm，更一般地，在约1mm至约250mm的范围内。
隔板的振动频率为50Hz，更一般地，在10Hz至1000Hz的范围内。
参照图3中的字母A、B、D，参数之间的优选的比率可如下表示：
一般说来，优选的是隔板的行程移动经过搅拌室容积的至少25%，更优选地大于50%。
在系统3中的搅拌器1的操作的各实例中，被分析的样品被引入到室5中。首先添加可以可选地含有例如锰的催化剂的酸，以使液体呈酸性。通过经气体入口管线10引入诸如氧气的载体气体以及可选地使往复式隔板8工作来冲洗该液体，以从所述液体中释放任何无机碳。
随后，碱性液体可与臭氧一起被引入，并且往复式隔板8按照生成羟基和提供用于样品液体的氧化的最佳条件的有效方式有效地将臭氧、碱性溶液和样品液体混合到一起。
可引入能够可选地含有例如锰的催化剂的酸，并且这样使液体呈酸性。通过经气体入口10引入载体气体以及可选地使往复式隔板8工作来冲洗该液体，以从所述液体中释放任何有机碳。
随后，可将液体进行进一步分析，例如，针对氮、磷、金属或者其它合适的材料。
样品液体可经通道11被引入到室5中。为了在室5中将气体与样品液体混合，气体经气体入口10和通道6被递送到室5中。存在穿过该通道的带有正输入压力的气流。该压力优选地在1mBar至10Bar的范围内。同时，隔板8通过电机9往复运动。在向外的行程中，隔板8经通道6将液体从室5中抽出并使其进入搅拌室7中。在向内的行程中，隔板8迫使气体和液体从搅拌室7经过狭窄的通道6返回到室5中，从而随着气体和液体在搅拌室7中被压缩，促进气体和液体的混合，并迫使其经通道6返回到室5中。随着气体流入室7中，在搅拌室7中的搅拌行为可被描述为对气体的“冲击”类型的行为。入口10和通道11中的气体压力与通过隔板8施加的气体压力之间平衡，从而有足够的气流流入搅拌室7中，并且有足够的混合的液体和气体的流向上经通道6返回到室5中。因为混合发生在小的搅拌室中而非样品液体室5中，所以这非常有效，并且在大约几分钟的短时间段内，室5中的所有液体将充足地混合。
在不需要液体穿过带有移动叶片的泵或诸如挡板阀的阀的情况下执行有效的混合。因此，有利的是，不存在颗粒或纤维变得阻塞在移动部件中并因此阻挡或限制在搅拌器1的任何部分中流动的风险。因此，搅拌器可用于诸如液体分析器的系统中，在所述系统中，需要搅拌浆液。实际上，根据设想，搅拌器1将适合用于包括砂粒的浆液，前提是通道足够大。
通道6从液体室5向下延伸意味着存在至搅拌室7的重力自流进料，从而允许仅通过控制入口处的气流的压力来简单地控制搅拌。
还应该理解，搅拌器1避免了对移动密封件的需要，并因此提高可靠性，因为能够清洗搅拌器内表面。
还发现，作为从室5中的液体中冲洗掉气体的装置，更一般地说，从液体中去除易挥发气体、二氧化碳等的装置，搅拌器1是非常有效的。
在上述实施例中，通过利用电机9和相关的偏心驱动器，隔板8往复运动。然而，例如使隔板8振动的多种其它方法也是可以的，诸如螺线管驱动器。
应该注意的是，室5和7以及通道6和11从一块塑料材料机加工以形成主体2，并且隔板8和相关的电机9直接附着。这样，在使用过程中提供了优秀的耐用性，并且在制造过程中提供准确性。搅拌器可包括往复式隔板8附着于其上的一块任何合适的金属、塑料、陶瓷或其它合适的材料。
另一优点是，搅拌器可经通道6、室7和通道11被清空。
搅拌室7、气体入口管线10和隔板8可被布置为使得隔板8随着其向内运动到搅拌室7中而封闭气体入口管线10。
另外，根据设想，可使用除隔板之外的往复式装置。例如，作为替代，其可为任何合适材料的活塞。在这种情况下，存在移动密封件，但在一些应用中，这种方式并非特别不利的。当使用隔板时，通过诸如超声驱动器的不同的驱动器可导致振动。
另外，本发明的搅拌器可用于一定范围的液体分析器中的任一个。例如，如图8所示，搅拌器1用于液体分析器50中，所述液体分析器50具有氢氧化钠碱溶液源51、具有催化剂的硫酸源52、臭氧发生器53和与液体样品源、排水管、排气管组成的组件55连接的气源54。另外，具有冷却器60和CO2分析器61。如在以上参照的现有技术中描述的，臭氧可在递送到搅拌器1的气体入口中的不同阶段粘上酸或碱溶液。O2作为载体气体和作为臭氧发生器53的源如图所示地被递送。
其中可使用本发明的搅拌器的其它类型的液体分析器包括气体流与液体混合的任何情况。示例有：在上面列出的现有技术文献中描述的那些的任一个，或COD分析，或BOD分析，或生物样品分析，例如，为样品液体添加标记。
本发明不限于描述的实施例，而是可在构造和细节方面变化。例如，搅拌室可为管的形式，而非由一块机加工所得。虽然上面基于通道6和11的截面为圆形给出尺寸，但是所述通道可具有诸如矩形或椭圆形的截面形状，在这种情况下，直径值应用于截面的最大尺寸。

Claims (16)

1.一种用于液体分析系统的搅拌器，所述搅拌器包括：
液体样品室(5)，用于容纳液体；
搅拌室(7)，通过液体通道(6)连接至所述液体样品室(5)；
气体入口(10)，通过气体通道(11)连接至所述搅拌室(7)；
往复式构件(8)，安装为与搅拌室(7)中的液体和气体接触；
其特征在于：
所述搅拌器还包括驱动装置(9)，其连接到往复式构件，其中，所述驱动装置使往复式机构移动，以在搅拌室(7)中将来自气体入口的进入气体和来自液体样品室的液体混合，并且经所述液体通道(6)将混合物推送返回到液体样品室(5)中，并且所述液体样品室的容量在1mL至25L的范围内。
2.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，液体样品室具有被可拆卸的盖覆盖的顶部开口，并且液体通道(6)从液体样品室向下延伸至搅拌室(7)中。
3.根据前述权利要求的任一项所述的搅拌器，其特征在于，往复式构件是隔板。
4.根据权利要求3所述的搅拌器，其特征在于，隔板形成搅拌室(7)的侧壁。
5.根据权利要求4所述的搅拌器，其特征在于，隔板安装在与气体通道(11)相对的搅拌室(7)的侧面。
6.根据权利要求5所述的搅拌器，其特征在于，隔板安装在与液体通道(6)相对的搅拌室(7)的侧面。
7.根据权利要求3所述的搅拌器，其特征在于，搅拌室具有与隔板相对的圆顶形内表面。
8.根据权利要求7所述的搅拌器，其特征在于，圆顶形内表面包括至气体通道(11)和至液体通道(6)的开口。
9.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，液体样品室、通道和搅拌室在一个材料块(2)中形成。
10.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，液体通道的直径在0.5mm至50mm的范围内，并且其长度在1mm至1m的范围内，其中，气体通道的直径在0.5mm至50mm的范围内，并且其中，搅拌室的容量在0.1mL至2L的范围内。
11.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，“通道尺寸B”是液体通道的直径，并且“隔板直径D”是往复式构件的直径，并且其中，搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，“行程”是往复式构件的行程，并且“隔板直径D”是往复式构件的直径，并且其中，搅拌器尺寸满足以下比率范围：
其中，“入口通道尺寸A”是气体通道的直径，并且“隔板直径D”是往复式构件的直径。
12.一种液体分析器，其包括搅拌器、气源、用于碱或酸溶液的液体源和分析器组件，所述分析器组件用于分析从以上液体中提取的气体或分析分析器中的液体，其中，所述搅拌器包括：
液体样品室(5)，用于容纳液体；
搅拌室(7)，通过液体通道(6)连接至液体样品室(5)；
气体入口(10)，通过气体通道(11)连接至搅拌室(7)；
往复式构件(8)，被安装为与搅拌室(7)中的液体和气体接触；
并且其中，气源适于在足以将气体连续递送到搅拌室中以及抵抗往复式构件的动作的压力下递送气体，
其中，所述搅拌器还包括驱动装置(9)，其连接到往复式构件，其中，所述驱动装置使往复式机构移动，以在搅拌室(7)中将来自气体入口的进入气体和来自液体样品室的液体混合，并且经所述液体通道将混合物推送返回到液体样品室(5)中，并且其中，所述液体样品室的容量在1mL至25L的范围内。
13.一种将气体与液体混合的方法，所述方法通过根据权利要求1至11的任一项所述的搅拌器执行，所述方法包括：从样品液体样品室中经液体通道抽取液体；在搅拌室中以及在液体通道的端部将气体添加到液体；以及随后迫使液体和气体穿过液体通道进入样品液体样品室，因此随着气体和液体在搅拌室中被压缩，促进气体和液体的混合，并迫使其经液体通道返回到液体样本室中，
其中，在足以抵抗往复式构件的动作将气体连续递送到搅拌室中的压力下递送气体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在分析过程中气体以连续的流被供应到搅拌室。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，液体样品室经液体通道、搅拌室和气体通道被填充和清空。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，以在10Hz至1000Hz的范围内的频率驱动往复式构件。
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