CN104764726A - 水质监测仪器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质监测仪器及方法，包括：消解系统用于催化分解水样，促进试剂溶液与水样发生反应；循环系统用于提供光谱分析所需试剂溶液与水样，根据正磷酸盐依次与试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，根据试剂溶液中邻苯二甲醛与所述水样中氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；检测系统分别用于检测磷鉬蓝溶液的吸光度值及异吲哚衍生物溶液荧光度值；控制系统用于控制循环系统中试剂溶液添加顺序、及控制消解系统与控制系统的启停，并根据吸光度值与荧光度值生成相应的检测结果；上位机系统，为操作者提供人机交互的输入和显示。通过内部结构优化设计，同时测量水样中氨氮与总磷含量，降低检测水质成本，提升了水质监测效率。

Description

水质监测仪器及其方法

技术领域

本发明涉及环保行业水质的在线检测领域，特别是涉及一种总磷氨氮水质在线监测仪器及其方法。

背景技术

磷、氮是水体的主要营养元素，是水环境富营养化的指示性元素。总磷是指水体中各种形态的磷的总量，包括正磷酸盐、缩合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和聚磷酸盐)和有机结合态磷。氨氮通常以含氮有机物的分解产物而广泛存在于水体中，以氨或者铵离子的形式存在。总磷和氨氮是反映水体受污染程度和富营养化程度的重要指标。水体的富营养化将导致浮游生物和藻类的异常生长、繁殖、水质恶化。水体富营养化是水体受磷、氮等有机污染所产生的生态效应。

然而，现有的总磷的测量方法主要采用钼酸铵分光光度法，所述钼酸铵分光光度法使用过程中含有机磷、聚合磷酸盐水样的消解需要经过高压锅处理，增加了便携仪器制造的难度。现有的氨氮的测量方法主要包括基于纳氏试剂分光光度法、基于水杨酸分光光度法、基于氨气敏电极法。在基于纳氏试剂分光光度法中，因为纳氏试剂本身为含有剧毒物质，在其使用过程以及产生的废液都会对人体和环境造成影响；在基于水杨酸分光光度法中，对于水杨酸试剂的制配和存储条件要求比较严格，每次测量之前都必须对次氯酸根进行测定曲线滴定校准，而且该试剂必须存储在低温条件下，增加了测试仪在现场使用的难度；基于氨气敏电极法需要在恒定的离子强度、温度、性质和电极性参数的条件下，通过测得的电位值计算出样本中氨浓度，并且该方法检测准确性易受高浓度例子，尤其是有机成分的影响。因此，需要一种低成本的、高效率的、高灵敏度的、既能检测出总磷又能检测氨氮的在线监测仪器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水质监测仪器及监测方法，用于解决现有技术中总磷与氨氮检测，出现的成本高、效率低、以及无法同时在线检测水质中总磷浓度和氨氮浓度的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水质监测仪器，所述水质监测仪器包括：循环系统、消解系统、检测系统、控制系统与上位机系统；

所述消解系统，适用于催化分解水样，促进试剂溶液与水样发生反应，将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液；

所述循环系统，适用于提供光谱分析所需的所述试剂溶液与所述水样，其中，当检测总磷时，适用于将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，当检测氨氮时，提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；

所述检测系统，适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，还适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

所述控制系统，适用于控制所述试剂溶液的添加顺序、控制所述消解系统与所述检测系统的启停，以及根据吸光度值生成总磷检测结果，还根据荧光强度值生成氨氮检测结果；

所述上位机系统通过与所述控制系统相连，所述上位机适用于为操作者提供人机交互的输入以及显示人机交互的反馈结果。

优选地，所述消解系统包括：紫外灯、消解池、加热棒、整流器、石英管道以及灯管壁，所述石英管道螺旋式的缠绕在所述加热棒上，所述石英管道的出口连接所述消解池，所述紫外灯被所述消解池包裹，且在所述紫外灯与所述消解池中间连接有灯管壁，所述整流器电压驱动所述紫外灯。

优选地，所述循环系统包括：蠕动泵和多个三通电磁阀，所述蠕动泵为所述水样与所述试剂溶液提供输送动力，所述三通电磁阀的控制端与控制系统电相连，适用于在接收到所述控制系统发送的控制信号时，根据控制信号闭合三通电磁阀，抽取所述试剂溶液与所述水样进入蠕动泵管，其中，所述试剂溶液包括钼酸锑钾、抗坏血酸、过硫酸钾、硫酸、邻苯二甲醛与超纯水。

优选地，所述蠕动泵管的内径为1～2mm，壁厚为0.5～1mm；所述蠕动泵管内的流速为0.01～5ml/min。

优选地，所述检测系统包括：吸收光检测子系统与荧光检测子系统，所述吸收光检测子系统适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，所述荧光检测子系统适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

其中，所述吸收光检测子系统包括第一光源、吸收光流通池和第一检测器，所述第一光源提供中心波长为880nm的光源，所述吸收光流通池包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述吸收光流通池的入口与出口均连接蠕动泵管，所述吸收光流通池的入射孔连接所述第一光源，所述吸收光流通池的出射孔连接所述第一检测器；

其中，所述荧光检测子系统包括第二光源、第二检测器与荧光流通池，所述第二光源提供中心波长为375nm的光源，所述荧光流通池包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述荧光流通池的出口与入口均连接蠕动泵管，所述荧光流动池的入射孔连接所述第二光源，所述荧光流动池的出射孔连接所述第二检测器。

优选地，所述控制系统包括：处理器、AD转换器、串口通讯电路、信号采集电路与IO扩展电路，所述信号采集电路采集所述检测系统光谱分析的检测信号，所述AD转换器将所述检测信号从模拟检测信号转换为数字检测信号，所述处理器将所述数字检测信号与预先存储的光谱数据对比，生成检测结果，所述控制系统通过所述串口通讯电路与所述上位机相连，将所述总磷检测结果与所述氨氮检测结果发送至所述上位机系统显示，所述IO扩展电路传输所述上位机的控制信号发送至所述循环系统、所述消解系统和所述检测系统。

优选地，所述上位机系统为C#语言编写的专用系统，所述串口通讯电路为RS-232接口。

本发明的另一目的还在于提供一种水质监测仪器的监测方法，所述水质监测仪器的监测方法包括总磷检测步骤与氨氮检测步骤。

优选地，所述总磷检测的步骤，具体包括：

步骤1，当检测总磷时，将水样加热至110～130℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射20～40分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

步骤2，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

步骤3，在第一光源照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

优选地，所述氨氮检测步骤，具体包括：

步骤1，当检测氨氮时，将所述邻苯二甲醛溶液加入至所述水样中，生成异吲哚衍生物溶液，其中，所述水样中包含氨氮离子；

步骤2，在第二光源照射下，激发所述异吲哚衍生物溶液在波长为426nm下的荧光强度值；

步骤3，根据所述荧光强度值，调用预先存储的荧光光谱，计算所述水样中氨氮的含量。

如上所述，本发明的水质监测仪器及其监测方法，具有以下有益效果：

通过所述水质监测仪器中的上位机系统向所述控制系统发送相应的控制信号，当所述控制系统接收到所述控制信号时，控制所述循环系统中三通电磁阀启停，使试剂溶液与水样相应加入蠕动泵管内，提供发生相应测试反应的试剂溶液与水样。所述消解系统将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液，所述消解系统将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，所述消解系统提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；所述检测系统根据磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，以及根据所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；所述控制系统根据吸光度值与荧光强度值分别生成相应的总磷检测结果与氨氮检测结果。通过所述水质监测仪器能够同时检测出总磷与氨氮，简化了操作人员的操作流程，降低了监测成本，提升了水质监测仪器的集成度与自动化水平。

所述水质监测仪器的监测方法，特别是氨氮的监测方法，相对于传统的氨氮测量方法，提高了光谱法水质监测仪器的普及度，实现了水质污染指标的快速、无污染、低成本实时在先监测具有重要意义。

附图说明

图1显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器的结构示意图；

图2显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器中消解系统的结构示意图；

图3显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器中循环系统的结构示意图；

图4显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器中检测系统一种的结构示意图；

图5显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器中检测系统另一种的结构示意图；

图6显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器监测方法中总磷检测流程图；

图7显示为本发明的实施例提供的水质监测仪器监测方法中氨氮检测流程图。

元件标号：

1、循环系统，2、消解系统，3、检测系统，4、控制系统，5、上位机系统，21、硅胶管，22、加热棒，23、紫外灯，24、消解池，25、灯管壁，26、整流器，31、第一光源，32、第一检测器，33、光纤，34、接头，35、吸收光流通池，36、第二光源，37、荧光流通池，38、第二检测器，T1～T11、三通电磁阀，P、蠕动泵。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，为本发明的实施例提供的水质监测仪器的结构示意图；包括循环系统1、消解系统2、检测系统3、控制系统4与上位机系统5；

所述消解系统2，适用于催化分解水样，促进试剂溶液与水样发生反应，将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液；

其中，所述水样(指为检验水体中各种规定的特征，不连续或连续地从特定的水体中取出的有代表性的一部分)；所述试剂溶液包括钼酸锑钾、抗坏血酸、过硫酸钾、硫酸、邻苯二甲醛与超纯水。

所述循环系统1，适用于提供光谱分析所需的所述试剂溶液与所述水样，其中，当检测总磷时，适用于将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，当检测氨氮时，提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；

所述检测系统3，适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，还适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

所述控制系统4，适用于控制所述试剂溶液的添加顺序、控制所述消解系统2与所述检测系统3的启停，以及根据吸光度值生成总磷检测结果，还根据荧光强度值生成氨氮检测结果；

所述上位机系统5通过与所述控制系统4相连，所述上位机适用于为操作者提供人机交互的输入以及显示人机交互的反馈结果。

具体的，操作者通过在上位机系统5上操作，向控制系统4发送控制水质监测仪器的操作指令，当控制系统4接收到该操作指令后，控制循环系统1中三通电磁阀与蠕动泵P的启停，使光谱分析所需的试剂溶液和水样均匀在所述循环系统1的管道内流动，同时，根据操作指令的不同，控制所述消解系统2和所述检测系统3的启停。

在本实施例中，通过所述水质监测仪器中的上位机系统5，向所述控制系统4发送相应的控制信号，当所述控制系统4接收到所述控制信号时，控制所述循环系统1中三通电磁阀启停，使试剂溶液与水样相应加入蠕动泵管内，提供发生相应测试反应的试剂溶液与水样。所述消解系统2将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液，所述消解系统2将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，所述消解系统2提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；所述检测系统3根据磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，以及根据所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；所述控制系统4根据吸光度值与荧光强度值分别生成相应的总磷检测结果与氨氮检测结果，所述控制系统4将总磷检测结果与氨氮检测结果发送至所述上位机系统5显示出来。通过所述水质监测仪器能够同时检测出总磷与氨氮，简化了操作人员的操作流程，降低了监测成本，提升了水质监测仪器的集成度与自动化水平。

如图2所示，为本发明的实施例提供的水质监测仪器中消解系统22的结构示意图，包括：紫外灯23、消解池24、加热棒22、整流器26、石英管道以及灯管壁25，所述石英管道螺旋式的缠绕在所述加热棒22上，所述石英管道的出口连接所述消解池24，所述紫外灯23被所述消解池24包裹，且在所述紫外灯23与所述消解池24中间连接有灯管壁25，所述整流器26电压驱动所述紫外灯23。

具体地，所述整流器26通过直流电压驱动所述紫外灯23，其中，直流电压为24V；所述消解池24与所述灯管壁25均为石英材质构成，对于紫外消解过程中，石英材质不仅热稳定性好、透光性好，而且耐腐蚀。当硅胶管21内试剂溶液与水样经过所述加热棒22的加热，将所述试剂溶液与水样加热至110～130℃范围内，该混合溶液流入至所述消解池24，在波长为254nm的紫外光的照射下，优选紫外光照射的时间为30min，发生紫外消解反应，将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液。

如图3所示，为本发明的实施例提供的水质监测仪器中循环系统1的结构示意图，所述循环系统1蠕动泵P与多个三通电磁阀，所述蠕动泵P为所述水样与所述试剂溶液提供输送动力，所述三通电磁阀的控制端与控制系统4电相连，适用于在接收到所述控制系统4发送的控制信号时，根据控制信号闭合三通电磁阀，抽取所述试剂溶液与所述水样进入蠕动泵管，其中，所述试剂溶液包括钼酸锑钾、抗坏血酸、过硫酸钾、硫酸、邻苯二甲醛与超纯水。

具体地，所述蠕动泵管的内径为1～2mm，壁厚为0.5～1mm；所述蠕动泵管内的流速为0.01～5ml/min，当所述蠕动泵P的流速高于5ml/min时，由于蠕动管内径小，流量流速大，会导致蠕动泵管和循环系统1内部仪器压力过大出现破裂，当所述蠕动泵管的流速低于0.01ml/min，会导致蠕动泵管和循环系统1内仪器压力过小，蠕动泵管内出现断流现象。

本实施例中，所述三通电磁阀的包含第一三通电磁阀T1至第十一三通电磁阀T11，所述蠕动泵P个数为1个，还包括所述蠕动泵管和所述硅胶管21；其中，每个三通电磁阀均包括三个孔与一个控制端，且所述三通电磁阀优选为两进一出类型，一个孔为公共端(C)、另一个孔为常闭端(NC)、还有一个孔为常开端(NO)，所述控制端通过通电或者断电，控制三通电磁阀为常闭端或常开端。

其中，第一三通电磁阀T1至第七三通电磁阀T7的依次通过蠕动泵管相连，且排在前面的三通电磁阀的公共端依次排在其后的三通电磁阀的常闭端相连，所述第一三通电磁阀T1至所述第七三通电磁阀T7的常开端依次对应连接钼酸锑钾溶液、抗坏血酸溶液、过硫酸钾溶液、硫酸溶液、邻苯二甲醛溶液、样本与超纯水。所述第七三通电池阀T7的公共端连接所述蠕动泵P的输入端，所述蠕动泵P的输出端连接所述消解系统2的输入端，所述消解系统2的输出端连接所述第八三通电磁阀T8公共端，且第八三通电磁阀T8的常开端连接所述吸收光检测子系统3的输入端，第八三通电磁阀T8的常闭端连接所述荧光检测子系统3的输入端，所述吸收光检测子系统3的输出端连接所述第九三通电磁阀T9的常开端，所述荧光检测子系统3的输出端连接所述第九三通电磁阀T9的常闭端，所述第九三通电磁阀T9的公共端连接所述第十三通电磁阀T10的公共端，所述第十三通电磁阀T10的常开端连接第一三通电磁阀T1的常开端形成闭合回路；所述第十三通电磁阀T10的常闭端连接第十一三通电磁阀T11的公共端，所述第十一三通电磁阀T11的常闭端连接无毒溶液排出口，所述第十一三通电磁阀T11的常开端连接有毒溶液排出口。

在所述循环系统1中，连接在所述检测系统3中包括用于光谱分析的比色皿，包括吸收比色皿与荧光比色皿，其中，所述吸收光比色皿连接所述吸收光检测子系统3，所述荧光比色皿连接荧光检测子系统3。

当三通电磁阀按照相应编号，接收到所述控制系统4发送控制信号，且控制信号为高电平或者低电平，当控制信号为高电平时，所述三通电磁阀的控制端通电，其常闭端打开；当控制信号为低电平时，所述三通电磁阀的控制端断电，其常开端打开。所述第十三通电磁阀T10设置在所述第九三通电磁阀T9的输出之后，用于控制检测后废液是否需要排放；所述第十一三通电磁阀T11连接在第十三通电磁阀T10的输出之后，用于控制有毒废液或无毒废液的排放。

其中，所述试剂溶液均是按照一定浓度比配成的溶液，储存于循环系统1中。例如，浓度为10％的抗坏血酸溶液、纯的过硫酸钾溶液0.77mol/L硫酸溶液等。

如图4至图5所示，为本发明的实施例提供的水质监测仪器中检测系统3的两种结构示意图，所述检测系统3包括：吸收光检测子系统3与荧光检测子系统3，所述吸收光检测子系统3适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，所述荧光检测子系统3适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

其中，所述吸收光检测子系统3包括第一光源31、吸收光流通池35和第一检测器32，所述第一光源31提供中心波长为880nm的光源，所述吸收光流通池35包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述吸收光流通池35的入口与出口均连接蠕动泵管，所述吸收光流通池35的入射孔连接所述第一光源31，所述吸收光流通池35的出射孔连接所述第一检测器32；

在本实施例中，所述第一光源31为中心波长为880nm的发光二极管与中心波长为880nm，带宽为10nm的带通滤光片组成，且发光二极管的光经过带通滤光片；所述硅胶管21的内径为1.6mm，壁厚为0.8mm，所述光纤33与吸收光流通池35之间设置有SMA905接头34，所述吸收光流通池35的光入射孔与光出射孔均采用SMA905接头34连接；第一检测器32为中心波长为880m，带宽为10nm的带通滤光片与光电倍增管组成；使吸收光流通池35中心波长为880nm，光程差为10nm的光源。

其中，所述荧光检测子系统3包括第二光源36、第二检测器38与荧光流通池37，所述第二光源36提供中心波长为375nm的光源，所述荧光流通池37包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述荧光流通池37的出口与入口均连接蠕动泵管，所述荧光流动池的入射孔连接所述第二光源31，所述荧光流动池的出射孔连接所述第二检测器38。

在本实施例中，所述第二光源36和第二检测器38通过光纤33和荧光流通池37连接，所述第二光源3636为中心波长为375m的发光二极管与中心波长为375nm，带宽为10nm的带通滤光片组成，且发光二极管的光源经过带通滤光片；所述第二检测器38为中心波长为426nm，带宽为10nm的带通滤光片与光电倍增管组成，所述光纤33与荧光流通池37之间设置有SMA905接头34；所述荧光流通池37的光入射孔与光出射孔均采用SMA905接头34连接。内径为1.6mm，壁厚为0.8mm的硅胶管21分别连接荧光流通池37的流入端与流出端，且荧光流通池37的光程差为10mm。

优选地，所述控制系统4具体包括：处理器、AD转换器、串口通讯电路、信号采集电路与IO扩展电路，所述信号采集电路采集所述检测系统3光谱分析的检测信号，所述AD转换器将所述检测信号从模拟检测信号转换为数字检测信号，所述处理器将所述数字检测信号与预先存储的光谱数据对比，生成检测结果，所述控制系统4通过所述串口通讯电路与所述上位机相连，将所述总磷检测结果与所述氨氮检测结果发送至所述上位机系统5显示，所述IO扩展电路传输所述上位机的控制信号发送至所述循环系统1、所述消解系统2和所述检测系统3。

其中，所述上位机系统5为C#语言编写的专用系统，所述串口通讯电路为RS-232接口。

在本实施例中，所述处理器包括但不限于PLC处理器、ARM处理器、DSP数据处理器；且所述信号采集电路直接采集所述检测系统3检测的相应结果，所述处理器不仅仅与所述上位机系统5通过RS232串口连接，接收所述上位机系统5以C#语言发送的操作指令；所述控制系统4接收到该操作指令，通过所述IO扩展电路，控制所述循环系统1中所有三通电磁阀的通电与断电，从而达到控制试剂溶液流入蠕动泵管，以及控制所述检测系统3的是处于荧光检测子系统，吸收光检测子系统；所述处理器还通过获取相应的吸收光值与荧光强度值，计算所述总磷检测结果与所述氨氮检测结果，并所述总磷检测结果与所述氨氮检测结果发送至所述上位机系统5显示。

本发明的实施例还提供一种水质监测仪器的监测方法，所述水质监测仪器的监测方法包括总磷检测步骤与氨氮检测步骤；

其中，如图6所示，为本发明的实施例提供的水质监测仪器监测方法中总磷检测流程图，具体包括：

步骤S601，当检测总磷时，将水样加热至110～130℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射20～40分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

具体地，第八三通电磁阀T8与第九三通电磁阀T9接收控制系统4发送的低电平，所述第八三通电磁阀T8与所述第九三通电磁阀T9的控制端处于断电状态(即其均处于常开端)；形成闭合回路，所述水样试剂溶液进入吸收光流通池35，所述检测系统3处于荧光检测子系统3；当开始监测总磷时，所述第七三通电磁阀T7通电时，开启超纯水作为载液，进入消解系统2中吸收光流通池35；当第六三通电磁阀T6通电时，所述水样开始进入所述吸收光流通池35，当第四三通电磁阀T4通电时，开启硫酸溶液进入所述吸收光流通池35，在酸性溶液中，用过硫酸钾作分解剂，将聚磷酸盐和有机磷转化为正磷酸盐，其中，所述三通电磁阀的通电时间均为1～60min，利于试剂溶液之间充分混合。

步骤S602，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

具体地，所述控制系统4发送相应控制信号，依次控制所述第一三通电磁阀T1与第二三通电磁阀T2通电，使得钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液依次加入至所述所述吸收光流通池35；所述正磷酸盐与钼酸铵反应生成黄色的磷钼杂多酸，再用抗坏血酸还原成磷钼蓝，其中，抗坏血酸为还原剂，可使颜色稳定24小时。

步骤S603，在第一光源31照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

具体地，所述荧光检测子系统3通过中心波长为880nm的第一光源31与中心波长为880nm的第一检测器32，测量所述磷钼蓝溶液光照下的吸光度值，所述控制系统4接收到所述吸光度值，根据预先存储的吸收光谱进行相应的光谱比色，计算出水样中总磷的含量值。

实施例1

步骤1，当检测总磷时，将水样加热至110℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射40分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

步骤2，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

步骤3，在第一光源31照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

实施例2

步骤1，当检测总磷时，将水样加热至120℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射30分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

步骤2，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

步骤3，在第一光源31照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

实施例3

步骤1，当检测总磷时，将水样加热至130℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射20分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

步骤2，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

步骤3，在第一光源31照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

其中，如图7所示，本发明的实施例提供的水质监测仪器监测方法中氨氮检测流程图，具体包括：

步骤S701，当检测氨氮时，将所述邻苯二甲醛溶液加入至所述水样中，生成异吲哚衍生物溶液，其中，所述水样中包含氨氮离子；

步骤S702，在第二光源36照射下，激发所述异吲哚衍生物溶液在波长为426nm下的荧光强度值；

具体地，所述第二光源36的中心波长为375nm，所述第二光源36激发所述异吲哚衍生物溶液，所述第二检测器38的中心波长为426nm，所述异吲哚衍生物溶液在荧光流通池37内流动，形成均匀稳定的荧光信号，所述第二检测器38得到所述异吲哚衍生物溶液在波长为426nm下的荧光强度值。

步骤S703，根据所述荧光强度值，调用预先存储的荧光光谱，计算所述水样中氨氮的含量。

具体地，所述控制系统4接收到所述检测系统3发送的所述荧光强度值，将所述荧光强度值与预先设置存储的荧光光谱比色，按照比色结果计算出水样中氨氮的含量。

实施例4

步骤1，当检测氨氮时，将所述邻苯二甲醛溶液加入至所述水样中，生成异吲哚衍生物溶液，其中，所述水样中包含氨氮离子；

步骤2，在第二光源36照射下，激发所述异吲哚衍生物溶液在波长为426nm下的荧光强度值；

步骤3，根据所述荧光强度值，调用预先存储的荧光光谱，计算所述水样中氨氮的含量。

本实施例中，当控制系统4要检测指标为氨氮时，所述第八三通电磁阀T8与所述第九三通电磁阀T9通电，同时通电成常闭状态，选择溶液进入检测系统3中的荧光流通池37。第十三三通电磁阀超纯水。第七三通电磁阀T7通电开启，吸入水样；第五三通电磁阀T5通电时，开启一定时间，吸入OPA(邻苯二甲醛溶液)；所述邻苯二甲醛与所述样本中氨氮发生反应生成具有荧光性的异吲哚衍生物；所述蠕动泵P以恒定速度旋转将所述异吲哚衍生物输送至检测系统3，所述邻苯二甲醛与样本中氨氮发生反应生成具有荧光性的异吲哚衍生物；所述蠕动泵P以恒定速度旋转将所述异吲哚衍生物输送至检测系统3，待荧光检测结束，第十三通电磁阀T10通电开启一定时间，第十一三通电磁阀T11通电开启一定时间，排除无毒废液。

具体地，所述氨氮检测步骤与所述总磷检测步骤发生的试剂溶液反应，相互之间不影响各自测量值，且所述荧光检测子系统与所述吸收光检测子系统检测结果相互不影响。且通过控制系统4能够同时完成氨氮与总磷检测结果。

综上所述，本发明通过所述水质监测仪器中的上位机系统5操作，向所述控制系统4发送相应的控制信号，当所述控制系统4接收到所述控制信号时，控制所述循环系统1中三通电磁阀启停，使试剂溶液与水样相应加入蠕动泵管内，提供发生相应测试反应的试剂溶液与水样。所述消解系统2将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液，所述消解系统2将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，所述消解系统2提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；所述检测系统3根据磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，以及根据所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；所述控制系统4根据吸光度值与荧光强度值分别生成相应的总磷检测结果与氨氮检测结果。通过所述水质监测仪器能够同时检测出总磷与氨氮，简化了操作人员的操作流程，降低了监测成本，提升了水质监测仪器的集成度与自动化水平。

所述水质监测仪器的监测方法，特别是氨氮的监测方法，相对于传统的氨氮测量方法，提高了光谱法水质监测仪器的普及度，实现了水质污染指标的快速、无污染、低成本实时在先监测具有重要意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种水质监测仪器，其特征在于，所述水质监测仪器包括：循环系统、消解系统、检测系统、控制系统与上位机系统；

所述消解系统，适用于催化分解水样，促进试剂溶液与水样发生反应，将所述水样中的有机磷或者聚合磷酸盐转化为正磷酸盐溶液；

所述循环系统，适用于提供光谱分析所需的所述试剂溶液与所述水样，其中，当检测总磷时，适用于将所述正磷酸盐依次与所述试剂溶液中钼酸锑钾、抗坏血酸反应，生成磷鉬蓝溶液，当检测氨氮时，提供所述试剂溶液中的邻苯二甲醛与所述水样中的氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；

所述检测系统，适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，还适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

所述控制系统，适用于控制所述试剂溶液的添加顺序、控制所述消解系统与所述检测系统的启停，以及根据吸光度值生成总磷检测结果，还根据荧光强度值生成氨氮检测结果；

所述上位机系统通过与所述控制系统相连，所述上位机适用于为操作者提供人机交互的输入以及显示人机交互的反馈结果。

2.根据权利要求1所述的水质监测仪器，其特征在于，所述消解系统包括：紫外灯、消解池、加热棒、整流器、石英管道以及灯管壁，所述石英管道螺旋式的缠绕在所述加热棒上，所述石英管道的出口连接所述消解池，所述紫外灯被所述消解池包裹，且在所述紫外灯与所述消解池中间连接有灯管壁，所述整流器电压驱动所述紫外灯。

3.根据权利要求1所述的水质监测仪器，其特征在于，所述循环系统包括：蠕动泵和多个三通电磁阀，所述蠕动泵为所述水样与所述试剂溶液提供输送动力，所述三通电磁阀的控制端与控制系统电相连，适用于在接收到所述控制系统发送的控制信号时，根据控制信号闭合三通电磁阀，抽取所述试剂溶液与所述水样进入蠕动泵管，其中，所述试剂溶液包括钼酸锑钾、抗坏血酸、过硫酸钾、硫酸、邻苯二甲醛与超纯水。

4.根据权利要求3所述的水质监测仪器，其特征在于，所述蠕动泵管的内径为1～2mm，壁厚为0.5～1mm；所述蠕动泵管内的流速为0.01～5ml/min。

5.根据权利要求1所述的水质监测仪器，其特征在于，所述检测系统包括：吸收光检测子系统与荧光检测子系统，所述吸收光检测子系统适用于检测所述磷鉬蓝溶液在波长为880nm光源下的吸光度值，所述荧光检测子系统适用于检测所述异吲哚衍生物溶液在波长375nm光源下的荧光强度值；

其中，所述吸收光检测子系统包括第一光源、吸收光流通池和第一检测器，所述第一光源提供中心波长为880nm的光源，所述吸收光流通池包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述吸收光流通池的入口与出口均连接蠕动泵管，所述吸收光流通池的入射孔连接所述第一光源，所述吸收光流通池的出射孔连接所述第一检测器；

其中，所述荧光检测子系统包括第二光源、第二检测器与荧光流通池，所述第二光源提供中心波长为375nm的光源，所述荧光流通池包含入口、出口、入射孔与出射孔，所述荧光流通池的出口与入口均连接蠕动泵管，所述荧光流动池的入射孔连接所述第二光源，所述荧光流动池的出射孔连接所述第二检测器。

6.根据权利要求1所述的水质监测仪器，其特征在于，所述控制系统包括：处理器、AD转换器、串口通讯电路、信号采集电路与IO扩展电路，所述信号采集电路采集所述检测系统光谱分析的检测信号，所述AD转换器将所述检测信号从模拟检测信号转换为数字检测信号，所述处理器将所述数字检测信号与预先存储的光谱数据对比，生成检测结果，所述控制系统通过所述串口通讯电路与所述上位机相连，将所述总磷检测结果与所述氨氮检测结果发送至所述上位机系统显示，所述IO扩展电路传输所述上位机的控制信号发送至所述循环系统、所述消解系统和所述检测系统。

7.根据权利要求6所述的水质监测仪器，其特征在于，所述上位机系统为C#语言编写的专用系统，所述串口通讯电路为RS-232接口。

8.一种水质监测仪器的监测方法，包括采用权利要求1至7中任意一项所述的水质监测仪器，其特征在于，所述水质监测仪器的监测方法包括总磷检测步骤与氨氮检测步骤。

9.根据权利要求8所述的水质监测仪器的监测方法，其特征在于，所述总磷检测的步骤，具体包括：

步骤1，当检测总磷时，将水样加热至110～130℃，将其置于波长为254nm的紫外光照射20～40分钟，其中，所述水样中含有有机磷或者/和聚合磷酸盐，加入过硫酸钾溶液，将水样催化还原成正磷酸盐溶液；

步骤2，将紫外消解的正磷酸盐溶液依次加入钼酸锑钾溶液和抗坏血酸溶液，制备成磷鉬蓝溶液；

步骤3，在第一光源照射下，获取所述磷鉬蓝溶液在显色反应中吸光度值，根据吸光度值与预先存储的吸收光光谱比色，计算出水样中总磷的含量。

10.根据权利要求1所述的8所述的水质监测仪器的监测方法，其特征在于，所述氨氮检测步骤，具体包括：

步骤1，当检测氨氮时，将所述邻苯二甲醛溶液加入至所述水样中，生成异吲哚衍生物溶液，其中，所述水样中包含氨氮离子；

步骤2，在第二光源照射下，激发所述异吲哚衍生物溶液在波长为426nm下的荧光强度值；

步骤3，根据所述荧光强度值，调用预先存储的荧光光谱，计算所述水样中氨氮的含量。