CN104458872A - 一种测量水中重金属离子的装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种测量水中重金属离子的装置，包括：机箱、箱门、可控升降平台、电沉积池、极板夹持装置、阴极极板、阳极极板、光谱探测器、信号传输光纤、中央控制盒、聚焦光学透镜、透镜固定支架、透镜调整装置、导线一、导线二、连接装置一、连接装置二。先将被测水溶液中的重金属离子通过电沉积的技术富集于阴极极板上，然后采用LIBS技术对阴极极板进行测量，该装置具有快速、测量精度高、被测水样无需复杂处理的优点。

Description

一种测量水中重金属离子的装置

技术领域

本发明专利涉及一种测量水中重金属离子的装置，本发明是利用激光诱导击穿光谱技术(简称LIBS)与电沉积技术相结合对水中重金属离子进行测量的装置，尤其涉及一种光电检测仪器领域的测量水中重金属离子的装置。

背景技术

目前用于测量水中的重金属离子测量方法有分光光度法，原子发射光谱法、原子吸收光谱法、离子选择电离法。但是以上方法仍存在一定的缺陷。分光光度法，测量时谱线重叠引起的干扰严重，分析时必须用化学方法转变为吸光物质，操作复杂容易产生二次污染。原子发射光谱法，测量前被测样品需要雾化处理，测量过程复杂、实际操作难，容易产生二次污染、影响测量准确性。原子吸收光谱法，测量时需要被测元素所对应的特定光源、测量难度大，难以做到同时检测多种重金属元素。离子选择电离法，实际测量过程中容易因检测样品差异产生测量误差，实际测量所需时间长。

激光诱导击穿光谱技术(以下简称LIBS)是一种新兴的无损检测技术，由于其在样品组成成分、元素含量测量方面具有快速性，测量的非接触性、被测样品无需预先处理等特点，LIBS目前已在物质及元素检测领域被广泛使用。但是目前实际使用LIBS技术对水溶液直接测量时因高能激光产生的水雾对等离子光谱存在严重吸收，因而直接使用LIBS测量水中重金属离子时存在检测难度大、测量精度低等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种光电检测领域的测量水中重金属离子的装置，该装置通过电沉积把被测水样中的重金属离子富集于阴极极板上，再使用LIBS技术对阴极极板进行测量，本发明特点是精度高、被测水样品无需复杂处理、测量周期短。

本发明所采用的技术方案是：一种光电检测仪器领域的测量水中重金属离子的装置，包括：机箱(1)、箱门(2)、可控升降平台(10)、电沉积池(11)、极板夹持装置(13)、可拆卸的阴极极板(12)与阳极极板(14)、光谱探测器(8)、信号传输光纤(9)、中央控制盒(15)、聚焦光学透镜(6)、透镜固定支架(3)、透镜调整装置(7)、导线一(16)、导线二(17)、连接装置一(4)、连接装置二(5)，中央控制盒(15)与阳极极板(14)之间用导线一(16)连接，中央控制盒(15)与阴极极板(12)之间用导线二(17)连接，中央控制盒控(15)与机箱(1)之间用连接装置一(4)连接，光谱探测器(8)与机箱(1)之间用连接装置二(5)连接，中央制盒(15)下设有连接阴极极板(12)与阳极极板(14)的极板夹持装置(13)，机箱底部设有可控升降平台(10)，可控升降平台上放置电沉积池(11)，机箱侧面设有透镜固定支架(3)、透镜调整装置(7)、聚焦光学透镜(6)，机箱侧面还设有箱门(2)，信号传输光纤(9)连接光谱探测器(8)与中央控制盒(15)。

本发明中自由升降平台(10)，其特征在于：自由升降平台(10)能托起电沉积池(11)，对电沉积池(11)的高度进行调控，可将阴极极板(12)、阳极极板(14)按要求浸入被测水样中。

本发明中阴极极板(12)，其特征在于：阴极极板(12)在被通电之后可以将被测水样中的重金属离子富集到阴极极板(12)上。

本发明中中央控制盒(15)，其特征在于：中央控制盒(15)能控制阴极极板(12)与阳极极板(14)的通电电压，控制阴极极板(12)与阳极极板(14)的通电时间，中央控制盒(15)能接收光谱探测器(8)发出的信号。

有益效果：

1、检测周期短，被测样品无需复杂处理；

2、该方法克服了用LIBS技术直接分析液体样品时固有的困难，避免了水花溅射、等离子体强度因水雾的吸收减弱和等离子体寿命变短的问题；

3、将水中的重金属离子富集于阴极极板(12)上，测量精度进一步提高。

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为本发明的结构示意图；

附图1中：

1 为机箱；2 为机箱箱门；3 为透镜固定支架；4 为连接装置一；5 为连接装置二；6 为聚焦光学透镜；7 为透镜调整装置；8 为光谱探测器；9 为传输光纤；10 为自由升降平台；11为电沉积池；12 为阴极极板；13 为极板夹持装置；14 为阳极极板；15 为中央控制盒；16 为导线一；17 为导线二。

具体实施方式

以下结合本发明的结构原理和工作原理作详细说明：

图1中，一种测量水中重金属离子的装置，机箱1、箱门2、可控升降平台10、电沉积池11、极板夹持装置13、可拆卸的阴极极板12与阳极极板14、光谱探测器8、信号传输光纤9、中央控制盒15、聚焦光学透镜6、透镜固定支架3、透镜调整装置7、连接中央控制盒15与阳极极板14的导线一16、连接中央控制盒15与阴极极板12的导线二17、连接机箱1与中央控制盒15的连接装置一4、连接机箱1与光谱探测器8的连接装置二5，中央控制盒15与阴极极板12之间用导线二17连接，中央控制盒15与阳极极板14之间用导线一16连接，中央控制盒控15与机箱1之间用连接装置一4连接，光谱探测器8与机箱1之间用连接装置二5连接，中央制盒15下设有连接阴极极板12与阳极极板14的极板夹持装置13，机箱底部设有可控升降平台10，可控升降平台上放置电沉积池11，机箱侧面设有透镜固定支架3、透镜调整装置7、聚焦光学透镜6，机箱侧面还设有箱门2，信号传输光纤9连接光谱探测器8与中央控制盒15。

将被测水样加入到电沉积池11，在中央控制盒15的控制下自由升降平台10将电沉积池11升至工作高度，在中央控制盒15的控制下阴极极板12与阳极极板14通以电压，电沉积过程开始；待电沉积过程结束之后，在中央控制盒15的控制下自由升降台10把电沉积池11降回到原有高度，中央控制盒15停止对阴极极板12与阳极极板14通电，电沉积过程结束；脉冲激光在聚焦透镜6的作用下聚焦于阴极极板12，产生等离子光谱，等离子光谱经由光学探测器8接收并通过传输光纤9将光谱信息传给中央控制盒15。

工作原理：

电沉积过程中富集到阴极极板表面的重金属离子的数量N与初始浓度C₀、富集电压U、富集时间t以及溶液体积V呈以下关系：。

N＝C_OV[1-exp(BUt)]

实际测量过程中所测得的激光等离子光谱是指阴极极板被激发的，经过以上公式换算方能得出被测水样中重金属种类及含量。

Claims (5)

1.一种测量水中重金属离子的装置，其特征在于，包括：机箱(1)、箱门(2)、可控升降平台(10)、电沉积池(11)、极板夹持装置(13)、可拆卸的阴极极板(12)与阳极极板(14)、光谱探测器(8)、信号传输光纤(9)、中央控制盒(15)、聚焦光学透镜(6)、透镜固定支架(3)、透镜调整装置(7)、导线一(16)、导线二(17)、连接装置一(4)、连接装置二(5)，中央控制盒(15)与阳极极板(14)之间用导线一(16)连接，中央控制盒(15)与阴极极板(12)之间用导线二(17)连接，中央控制盒控(15)与机箱(1)之间用连接装置一(4)连接，光谱探测器(8)与机箱(1)之间用连接装置二(5)连接，中央制盒(15)下设有连接阴极极板(12)与阳极极板(14)的极板夹持装置(13)，机箱底部设有可控升降平台(10)，可控升降平台上放置电沉积池(11)，机箱侧面设有透镜固定支架(3)、透镜调整装置(7)、聚焦光学透镜(6)，机箱侧面还设有箱门(2)，信号传输光纤(9)连接光谱探测器(8)与中央控制盒(15)。

2.根据权利要求1所述的一种测量水中重金属离子的装置，其特征在于：所述的自由升降平台(10)托起电沉积池(11)，对电沉积池(11)的高度进行调整，将阴极极板(12)、阳极极板(14)浸入被测水样中。

3.根据权利要求1所述的一种测量水中重金属离子的装置，其特征在于：所述的阴极极板(12)在被通电之后将被测水样中的重金属离子富集到阴极极板(12)上。

4.根据权利要求1所述的一种测量水中重金属离子的装置，其特征在于：所述的连接装置二(5)连接光谱探测器(8)与机箱(1)，并调整光谱探测器(8)与阴极极板(12)的角度。

5.根据权利要求1所述的一种测量水中重金属离子的装置，其特征在于：所述的中央控制盒(15)控制阴极极板(12)与阳极极板(14)的通电电压，控制阴极极板(12)与阳极极板(14)的通电时间。