CN103983612B - 一种模拟呼吸重金属的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟呼吸重金属的检测系统，至少包括一密封壳体，活塞将密封壳体分成上腔和下腔，上腔有开口，开口通过封口塞密封，封口塞通过气管贯通上腔外和上腔内的左模拟肺和右模拟肺，气管使上腔外和左模拟肺、右模拟肺通过泵呼吸相通；活塞通过活塞杆连接电机的电机轴，电机驱动电路输出端与电机电连接，电机驱动电路控制端与控制器电连接；而在左模拟肺或右模拟肺下端有发光接收管对管，发光接收管对管与光电检测电路端口电连接，光电检测电路通过发光管发光和接收管接收光，对左模拟肺和右模拟肺底部散射信号进行处理，给出重金属检测信息。它能定量得到重金属在多长时间能积累多少量，通过进行按类分析，给出空气质量的评价和人体危害。

Description

一种模拟呼吸重金属的检测系统

技术领域

本发明涉及一种空气中重金属提取技术，特别是一种模拟呼吸重金属的检测系统。用于将提取的重金属物进行按类分析，给出空气质量对人体呼吸系统影响的评价。

背景技术

金属检测有直读光谱法、ICP或AAS法，X荧光光谱法、碳硫仪法，氮氧仪法，测氢仪、化学滴定法、分光光度计法、PMI等。分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、X荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用X荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。

（一）原子吸收光谱法（AAS）　　原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法，它与主要用于无机元素定性分析的原子发射光谱法相辅相成，已成为对无机化合物进行元素定量分析的主要手段。现在由于计算机技术、化学计量学的发展和多种新型元器件的出现，使原子吸收光谱仪的精密度、准确度和自动化程度大大提高。用微处理机控制的原子吸收光谱仪，简化了操作程序，节约了分析时间。现在已研制出气相色谱—原子吸收光谱（GC-AAS）的联用仪器，进一步拓展了原子吸收光谱法的应用领域。

（二）紫外可见分光光度法（UV），其检测原理是：重金属与显色剂—通常为有机化合物，可于重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。在特定波长下，比色检测。分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定；另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于定量分析的较少。加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，这是目前应用最广泛的测试手段。显色剂分为无机显色剂和有机显色剂，而以有机显色剂使用较多。大多当数有机显色剂本身为有色化合物，与金属离子反应生成的化合物一般是稳定的螯合物。显色反应的选择性和灵敏度都较高。有些有色螯合物易溶于有机溶剂，可进行萃取浸提后比色检测。近年来形成多元配合物的显色体系受到关注。多元配合物的指三个或三个以上组分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度测定的灵敏度，改善分析特性。显色剂在前处理萃取和检测比色方面的选择和使用是近年来分光光度法的重要研究课题。

（三）原子荧光法（AFS）原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光光谱法虽是一种发射光谱法，但它和原子吸收光谱法密切相关，兼有原子发射和原子吸收两种分析方法的优点，又克服了两种方法的不足。原子荧光光谱具有发射谱线简单，灵敏度高于原子吸收光谱法，线性范围较宽干扰少的特点，能够进行多元素同时测定。原子荧光光谱仪可用于分析汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉锌等11种元素。现已广泛用环境监测、医药、地质、农业、饮用水等领域。在国标中，食品中砷、汞等元素的测定标准中已将原子荧光光谱法定为第一法。现已研制出可对多元素同时测定的原子荧光光谱仪，它以多个高强度空心阴极灯为光源，以具有很高温度的电感耦合等离子体（ICP）作为原子化器，可使多种元素同时实现原子化。

（四）电化学法—阳极溶出伏安法　　电化学法是近年来发展较快的一种方法，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等方法。电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，值得推广应用。如国标中铅的测定方法中的第五法和铬的测定方法的第二法均为示波极谱法。阳极溶出伏安法是将恒电位电解富集与伏安法测定相结合的一种电化学分析方法。这种方法一次可连续测定多种金属离子，而且灵敏度很高，能测定10-7-10-9mol/L的金属离子。此法所用仪器比较简单，操作方便，是一种很好的痕量分析手段。我国已经颁布了适用于化学试剂中金属杂质测定的阳极溶出伏安法国家标准。示波极谱法又称“单扫描极谱分析法”。一种极谱分析新力一法。它是一种快速加入电解电压的极谱法。常在滴汞电极每一汞滴成长后期，在电解池的两极上，迅速加入一锯齿形脉冲电压，在几秒钟内得出一次极谱图，为了快速记录极谱图，通常用示波管的荧光屏作显示工具，因此称为示波极谱法。其优点：快速、灵敏。

（五）X射线荧光光谱法（XRF）X射线荧光光谱法是利用样品对x射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。它具有分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范围广、谱线简单，光谱干扰少，试样形态多样性及测定时的非破坏性等特点。它不仅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可进行微量元素的测定，其检出限多数可达10-6。与分离、富集等手段相结合，可达10-8。测量的元素范围包括周期表中从F-U的所有元素。多道分析仪，在几分钟之内可同时测定20多种元素的含量。x射线荧光法不仅可以分析块状样品，还可对多层镀膜的各层镀膜进行成分和膜厚的分析。

（六）电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），ICP-MS的检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部份为ppt级，实际的检出限不可能优于你实验室的清洁条件。必须指出，ICP-MS的ppt级检出限是针对溶液中溶解物质很少的单纯溶液而言的，若涉及固体中浓度的检出限，由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS检出限的优点会变差多达50倍，一些普通的轻元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有严重的干扰，也将恶化其检出限。ICP-MS由作为离子源ICP焰炬，接口装置和作为检测器的质谱仪三部分组成。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量化重金属积累过程的一种模拟呼吸重金属的检测系统，以便定量得到重金属在多长时间能积累多少量，并将提取的重金属物进行按类分析，给出空气质量的评价和人体危害。

本发明的目的是这样实现的，一种模拟呼吸重金属的检测系统，至少包括一密封壳体，活塞将密封壳体分成上腔和下腔，上腔有开口，开口通过封口塞密封，封口塞通过气管贯通上腔外和上腔内的左模拟肺和右模拟肺，气管使上腔外和左模拟肺、右模拟肺通过泵呼吸相通；活塞通过活塞杆连接电机的电机轴，电机驱动电路输出端与电机电连接，电机驱动电路控制端与控制器电连接；而在左模拟肺（或右模拟肺）下端有发光接收管对管，发光接收管对管与光电检测电路端口电连接，光电检测电路通过发光管发光和接收管接收光，对左模拟肺和右模拟肺底部散射信号进行处理，给出重金属检测信息。

所述的控制器通过键盘和显示器设定电机正反转频率，每正反转一次，电机带动活塞杆正反转一次，左模拟肺和右模拟肺中收缩一次，完成一次呼吸过程，光电检测电路中的发光接收管对管对左模拟肺或右模拟肺吸收的重金属进行光检测，当左模拟肺或右模拟肺有沉淀重金属时，光电检测电路通过发光接收管对管提供所需的信号，光电检测电路对信号进行处理，给出检测信息。

本发明的优点是：由于活塞将密封壳体分成上腔和下腔，上腔有开口，开口通过封口塞密封，封口塞通过气管贯通上腔外和上腔内的左模拟肺和右模拟肺，气管使上腔外和左模拟肺、右模拟肺通过泵呼吸相通；活塞通过活塞杆连接电机的电机轴，控制器通过键盘和显示器设定电机正反转频率，电机每正反转一次，电机轴带动活塞杆正反转一次，左模拟肺和右模拟肺中收缩一次，完成一次呼吸过程，光电检测电路中的发光接收管对管对左模拟肺或右模拟肺吸收的重金属进行光检测，当左模拟肺或右模拟肺有沉淀重金属时，反射光将发生变化，接收到的信号或增加或减少，光电检测电路通过发光接收管对管提供所需的信号，光电检测电路对信号进行处理，给出检测信息，实线重金属在线检测。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例结构吸气示意图；

图2是检测电路电路图。

图中，1、气管；2、封口塞；3、上腔；4、活塞杆；5、下腔；6、电机；7、电机驱动电路；8、活塞；9、左模拟肺；10、密封壳体；11、控制器；12、右模拟肺；13、发光接收管对管；14、光电检测电路。

具体实施方式

如图1所示，一种模拟呼吸重金属的检测系统，至少包括一密封壳体10，活塞8将密封壳体10分成上腔3和下腔5，上腔3有开口，开口通过封口塞2密封，封口塞2通过气管1贯通上腔外和上腔内的左模拟肺9和右模拟肺12，气管1使上腔外和左模拟肺9、右模拟肺12通过泵呼吸相通；活塞8通过活塞杆4连接电机6的电机轴，电机驱动电路7输出端与电机6电连接，电机驱动电路7控制端与控制器11电连接；而在左模拟肺9或右模拟肺12下端有发光接收管对管13，发光接收管对管13与光电检测电路14端口电连接，光电检测电路14通过发光管发光和接收管接收光，对左模拟肺9和右模拟肺12底部散射信号进行处理，给出重金属检测信息。

本发明工作时，控制器11通过键盘和显示器设定电机6正反转频率，电机6每正反转一次，电机轴带动活塞杆正反转一次，左模拟肺9和右模拟肺12中收缩一次，完成一次呼吸过程，光电检测电路14中的发光接收管对管13对左模拟肺9或右模拟肺12吸收的重金属进行光检测，当左模拟肺9或右模拟肺12有沉淀重金属时，反射光将发生变化，接收到的信号或增加或减少，光电检测电路14通过发光接收管对管13提供所需的信号，光电检测电路14对信号进行处理，给出检测信息。电机驱动电路7采用可编程控制器，也可采用其它控制电路。

一次呼吸可以是健康人的一次呼吸，也可以是健康人的多次呼吸。当是健康人的多次呼吸时可能过很短时间实现某一地在空气质量相同不变时，人体经长期生存左肺和右肺受重金属影响的成度。

如图２所示，光电检测电路14采用区间测量放大器，在没有沉淀重金属时，接收到的光信号为Vi，Vi在±V0内变化；当有沉淀重金属时，接收到的光信号为VB，VB＝＋V0＋VK或VB＝－V0－VK。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (1)

1.一种模拟呼吸重金属的检测系统，至少包括一密封壳体（10），活塞（8）将密封壳体（10）分成上腔（3）和下腔（5），上腔（3）有开口，开口通过封口塞（2）密封，封口塞（2）通过气管（1）使上腔外与上腔内的左模拟肺（9）和上腔内的右模拟肺（12）贯通，气管（1）使上腔外和左模拟肺（9）、右模拟肺（12）通过泵呼吸相通；活塞（8）通过活塞杆（4）连接电机（6）的电机轴，电机驱动电路（7）输出端与电机（6）电连接，电机驱动电路（7）控制端与控制器（11）电连接；而在左模拟肺（9）和右模拟肺（12）下端有发光接收管对管（13），发光接收管对管（13）与光电检测电路（14）端口电连接，光电检测电路（14）通过发光管发光和接收管接收光，对左模拟肺（9）和右模拟肺（12）底部散射信号进行处理，给出重金属检测信息；所述的控制器（11）通过键盘和显示器设定电机（6）正反转频率，每正反转一次，电机（6）带动活塞杆正反转一次，左模拟肺（9）和右模拟肺（12）收缩一次，完成一次呼吸过程，光电检测电路（14）中的发光接收管对管（13）对左模拟肺（9）或右模拟肺（12）吸收的重金属进行光检测，当左模拟肺（9）或右模拟肺（12）有沉淀重金属时，光电检测电路（14）通过发光接收管对管（13）提供所需的信号，光电检测电路（14）对信号进行处理，给出检测信息。