CN103245719A - 一种饮用水中痕量苯胺快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种饮用水中痕量苯胺快速检测仪，它包括进样装置、电离装置、分析装置、直流高压电源、高压脉冲电源、信号放大器、显示报警器和中央控制器。进样装置的顶端上固定有载气入口、进样口、温度传感器和载气出口，载气出口通过气路管道与电离装置的内腔密封相通，电离装置的内腔中通过绝缘杆固定放电环，放电环的轴孔中间隙地穿有放电线，放电线的两端与电离装置的外壳绝缘固定，电离装置的外壳上有离子出口，离子出口与分析装置的离子进口密封相通，分析装置的内腔中绝缘固定电极，电极上有中心孔，与离子进口相对的分析装置内腔的另一端固定离子探测板，探测板通过放大器与中央控制器电连接。它结构简单，体积小，无需真空设备，造价低。

Description

一种饮用水中痕量苯胺快速检测仪

技术领域

本发明涉及一种常温常压下工作的水中痕量苯胺快速检测仪。

背景技术

苯胺是化学试剂、印染、农药、橡胶制造、炸药稳定剂、汽油防爆剂等生产过程中的重要原料，而苯胺在各种生产加工及使用过程中易对环境造成污染，特别是对引用水源的污染，严重威胁到人类的身体健康，其对人体的危害主要体现在：易引起高铁血红蛋白血症、溶血性贫血和肝、肾、脾的损害等。2012年12月31日位于长治市潞城市境内的山西天脊煤化工集团股份有限公司发生的苯胺泄漏事故，曾引起邯郸市大面积停水，因此发展饮用水中苯胺的快速测量技术对人民的生活安全有非常重要的意义。

苯胺的常用检测方法是质谱法，对于水中苯胺的检测一般常用的仪器是液相色质谱装置，但是质谱仪器需要在较高的真空环境下工作，装置结构复杂，造价高，而且不能够直接区分同分异构体，而苯胺的分子式为C6H7N2，有两种不同的同分异构体，因此仅利用质荷比并不能确定其种类，需要利用其它的附加分析，不适合对样品进行在线检测且质谱装置的操作复杂，需要相应的专业知识和仪器操作培训，这也限制了其应用的广泛性和普遍性。

发明内容

针对质谱技术在线检测方面的局限性，本发明提供一种饮用水中痕量苯胺快速检测仪，它结构简单，体积小，无需真空设备，造价低，易推广。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：它包括进样装置、电离装置、分析装置、直流高压电源、高压脉冲电源、信号放大器、显示报警器和中央控制器。进样装置顶端固定有载气入口、进样口、温度传感器和载气出口，载气出口通过气路管道与电离装置的内腔密封相通，电离装置的内腔中通过绝缘杆固定放电环，放电环的轴孔中间隙地穿有放电线，放电线的两端与电离装置的外壳绝缘固定，电离装置的外壳上有离子出口，离子出口与分析装置的离子进口密封相通，分析装置的内腔中绝缘固定电极，电极上有中心孔，电极同轴、平行、间隔分布有多个，所述的中心孔与所述的离子进口对冲，与离子进口相对的分析装置内腔的另一端固定离子探测板，探测板通过放大器与中央控制器电连接；直流高压电源的控制端与中央控制器电连接，输出端与各电极电连接；高压脉冲电源的控制端与中央控制器电连接，输出端与放电线电连接；显示报警器的输入端与中央控制器电连接。

本发明中所设计的检测仪器能够在大气压下工作，不需要真空环境，进样装置能够直接将饮用水中的苯胺样品直接带入到分析装置中，不需要富集、吸附等复杂的前期处理方式。仪器装置构造简单，体积小，易操作，并且检测灵敏度高，能够探测到水中ng量级的苯胺成分，适合对饮用水的水质进行在线检测，易于应用和推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括进样装置1、电离装置8、分析装置12、直流高压电源16、高压脉冲电源20、信号放大器18、显示报警器19和中央控制器17。进样装置1的顶端上固定有载气入口2、进样口3、温度传感器4和载气出口5，载气出口5通过气路管道6与电离装置8的内腔密封相通。进样装置1的下端有可加热磁搅拌器21。电离装置8的内腔中通过绝缘环7固定放电环9，放电环9的轴孔中间隙地穿有放电线10，放电线10的两端与电离装置8的外壳绝缘固定，电离装置8的外壳上有离子出口，离子出口与分析装置12的离子进口11密封相通，分析装置12的内腔中绝缘固定电极14，电极14上有中心孔13，电极14同轴、平行、间隔分布有多个，所述的中心孔13与所述的离子进口11对冲，与离子进口11相对的分析装置12内腔的另一端固定离子探测板15，探测板15通过放大器18与中央控制器17电连接；直流高压电源16的控制端与中央控制器17电连接，输出端与各电极14电连接；高压脉冲电源20的控制端与中央控制器17电连接，输出端与放电线10电连接；显示报警器19的输入端与中央控制器17电连接。

所述放电环9的料为黄铜，其内、外径尺寸分别为5mm、30mm，长度为30mm。

所述放电线10的材料为高纯镍丝。

所述电极14长、宽、厚的尺寸为70mm×70mm×10mm。

所述中心孔13的直径为50mm。

本发明中的技术原理是基于大气压下气体放电特性和离子在电场中的运动规律。本发明中使用的放电装置中，放电线要高于放电环的电压，在放电过程中，高电场中产生的电子信号形成电子崩，崩内的电子数和正离子数随电子崩形成的趋势按指数规律增长。由于电子的扩散作用，电子崩在发展过程半径逐渐增大，其外形如一个头部为球状的圆锥体，锥体头部半径r的大小由电子的扩散系数D_e决定：

$r=\sqrt{2D_{e}t}---\left(1\right)$

其中t是电子崩到达位置X的时间。根据二维流注数学模型，在放电过程汇总所形成的电子、正离子及负离子符合连续性方程和泊松方程:

$\frac{\∂n_e}{\∂t}+u_e\×\▿n_e-D_e{\▿}^2{n}_e=(\mathrm{\α}-\mathrm{\η})n_e{u}_e---\left(2\right)$

$\frac{\∂n_n}{\∂t}=\mathrm{\η}{n}_e{u}_e---\left(3\right)$

$\frac{\∂n_p}{\∂t}=\mathrm{\α}{n}_e{u}_e---\left(4\right)$

$\mathrm{div}E=\frac{(n_e+n_n-n_p)e}{\mathrm{\ϵ}}---\left(5\right)$

其中，nenpnn分别是电子、正离子和负离子的密度；ue为电子迁移速度；E为电场强度；α为电离系数，η为电子附着系数，ε为介电常数。

本发明中根据该数据模型，设计了放电电离装置，能够获取高浓度的离子信号，从而使得进入到电极组中的离子信号强度足够大，便于探测系统的探测，易于提高检测的灵敏度和准确性，进入到电极组中的离子信号在电场的作用下以一定的速度到达探测部分，在经过该固定长度的电极时所需要的时间为：

$t=\frac{L}{\mathrm{kE}}---\left(6\right)$

其中L为电极14腔体的长度，k为苯胺离子的迁移率，E为电场强度。实验中当电场强度固定，电极14所组成的腔体的长度固定时，苯胺离子在到达探测器的时间即为一定值，由于不同质量或结构的离子信号的迁移率各不相同，因此通过等长的腔体时所需要的时间也各不相同，因此在检测中可以设定探测的运动时间为苯胺离子的运动时间，此时若探测到信号超过一定的阈值则表明所探测的信号即为苯胺离子信号。

本发明的仪器是对饮用水中的苯胺成分进行快速检测。首先将待测样本(饮用水)注入到进样装置1中，进入到进样装置1中的样本的体积不能超过相应的刻度，进入到进样瓶中的样本在可加热磁搅拌器21的作用下进行充分的搅拌加温，在液体温度达到50℃时，进样装置1载气入口2和载气出口5打开，将进样装置1中的气体送入到电离装置8。在电离装置8中，苯胺样品分子被电离成带电离子，在分析装置12的电场作用下进入到分析装置12，位于末端的离子探测板15收集离子信号。中央控制器17根据离子信号到达的时间判断离子信号是否为苯胺的离子信号，并根据离子信号的强度给出苯胺成分的浓度，完成对饮用水中苯胺成分的探测过程。

Claims (5)

1.一种饮用水中痕量苯胺快速检测仪，其特征在于：它包括进样装置（1）、电离装置（8）、分析装置（12）、直流高压电源（16）、高压脉冲电源（20）、信号放大器（18）、显示报警器（19）和中央控制器（17），进样装置（1）的顶端上固定有载气入口（2）、进样口（3）、温度传感器（4）和载气出口（5），载气出口（5）通过气路管道（6）与电离装置（8）的内腔密封相通，进样装置（1）的下端有可加热磁搅拌器（21），电离装置（8）的内腔中通过绝缘杆（7）固定放电环（9），放电环（9）的轴孔中间隙地穿有放电线（10），放电线（10）的两端与电离装置（8）的外壳绝缘固定，电离装置（8）的外壳上有离子出口，离子出口与分析装置（12）的离子进口（11）密封相通，分析装置（12）的内腔中绝缘固定电极（14），电极（14）上有中心孔（13），电极（14）同轴、平行、间隔分布有多个，所述的中心孔（13）与所述的离子进口（11）对冲，与离子进口（11）相对的分析装置（12）内腔的另一端固定离子探测板（15），探测板（15）通过放大器（18）与中央控制器（17）电连接；直流高压电源（16）的控制端与中央控制器（17）电连接，输出端与各电极（14）电连接；高压脉冲电源（20）的控制端与中央控制器（17）电连接，输出端与放电线（10）电连接；显示报警器（19）的输入端与中央控制器（17）电连接。

2.根据权利要求1所述的饮用水中痕量苯胺快速检测仪，其特征在于：所述放电环（9）的料为黄铜，其内、外径尺寸分别为5mm、30mm，长度为30mm。

3.根据权利要求1所述的饮用水中痕量苯胺快速检测仪，其特征在于：所述放电线（10）的材料为高纯镍丝。

4.根据权利要求1所述的饮用水中痕量苯胺快速检测仪，其特征在于：所述电极（14）长、宽、厚的尺寸为70mm×70mm×10mm。

5.根据权利要求1所述的饮用水中痕量苯胺快速检测仪，其特征在于：所述中心孔（13）的直径为50mm。