CN104807826A - 一种自清洁型水体自动进样装置 - Google Patents

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赵南京
胡丽
马明俊
覃志松
张小玲
肖雪
段静波
方丽
刘建国
刘文清
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Abstract

本发明公开了一种自清洁型水体自动进样装置，利用蠕动泵抽取进样，利用水体自身重力出样，通过电磁阀切换进样/出样通道，装置结构简单、低功耗；采用圆形石英玻璃管作为样品池，利用运动活塞摩擦清洗样品池内壁，防止固体颗粒、有机物及微生物等在样品池内壁附着，配合清洗液实现样品池及光学窗口的自清洗；通过特别流路设计，进样前，先用清洗液清洗样品池，再利用待测样品冲洗管道，这样可有效防止管道和样品池中残留样品对后续待测样品的干扰；在玻璃管样品池进出口处采取遮光式结构设计，防止外界环境光照对光学测量过程的影响。

Description

一种自清洁型水体自动进样装置
技术领域
本发明涉及水体进样装置领域，具体是一种自清洁型水体自动进样装置。
背景技术
    传统的现场采样-实验室分析方法，已经不能够满足水体污染物长期实时在线监测需求，为了便于环境科研部门开展长期连续监测，研究人员已经逐步将水体污染物分析从实验室转移到现场。水体自动进样是现场监测关键，也是必不可少环节。目前，国内外已经公开了大量涉及自动进样的专利，但大多集中在自动进样中的样品前处理过程，主要解决样品和试剂混合反应流程和反应时间控制问题，如US6936156B2、CN101825559A、CN103901144A等专利。绝大多数自动进样装置是简单通过缓冲液冲洗管道和反应池进行自清洁，然而，这样的清洁方式存在两个问题：①为了能够有效清洗管道和反应池，大多采用酸性或碱性缓冲液，会造成二次污染需要收回；②对于清洁度要求非常高器件，如光学监测仪器的光学窗口，这样清洁方式不能满足要求。
发明内容    本发明的目的是提供一种自清洁型水体自动进样装置，以解决现有技术长期连续监测中存在的仪器光学窗口污染、先后样品间交叉干扰等问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：包括样品池模块、自动进样/出样模块、自清洗模块，其中：
所述样品池模块包括竖向设置的中空的机械主体，机械主体下部水平穿透安装有光学检测模块，机械主体中竖向固定安装有玻璃管状的样品池，样品池沿竖向穿过光学检测模块，且样品池上、下端均设为管口， 机械主体内还设置有安装在样品池上部的液位检测器，所述样品池上端管口中堵入有活塞，活塞中设左右S形的进出气通道，样品池下端管口连通有黑色S形管道，且黑色S形管道下端从机械主体中伸出；
所述自动进样/出样模块包括蠕动泵、样品管道、清洗液管道、出样管道、第一三通阀、第二三通阀，样品管道通过进样阀连通至第一三通阀其中一个阀口，清洗液管道通过清洗阀连通至第一三通阀第二个阀口，第一三通阀第三个阀口与蠕动泵入口连通，蠕动泵出口连通至第二三通阀其中一个阀口，出样管道通过出样阀连通至第二三通阀第二个阀口，样品池模块中黑色S形管道下端连通至第二三通阀第三个阀口。
所述自清洗模块包括一对竖向连接在样品池模块中机械主体顶部的固定杆，两固定杆顶端共同支撑有丝杆步进电机，两固定杆上滑动安装有滑块，滑块中央通过螺纹与丝杆步进电机的电机丝杆螺合，滑块底部通过活塞杆与样品池模块中活塞连接。
所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述样品池模块中，机械主体与光学检测模块之间通过O形圈挤压遮光。
所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述样品池上端与活塞之间、样品池下端与黑色S形管道之间分别通过O形圈密封。
所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述机械主体中部开有光学检测窗口。
本发明涉及一种活塞式自清洁型的水体自动进样装置，可用于水体污染监测仪器，尤其是光学监测仪器自动进样和自清洁，使仪器能够在无人执守情况下长期连续自动监测，对拓展仪器的使用范围具有重要实用价值。
本发明其优点如下：
（1）、利用蠕动泵抽取进样，利用水体自身重力出样，通过电磁阀切换进样/出样通道，装置结构简单、低功耗。
（2）、采用圆形石英玻璃管作为样品池，利用运动活塞摩擦清洗样品池内壁，防止固体颗粒、有机物及微生物等在样品池内壁附着，配合清洗液实现样品池及光学窗口的自清洗。
（3）、通过特别流路和控制时序设计，进样前，先用清洗液清洗样品池，再利用待测样品冲洗管道，这样可有效防止管道和样品池中残留样品对后续待测样品的干扰。
（4）、在玻璃管样品池进出口处采取遮光式结构设计，防止外界环境光照对光学测量过程的影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种自清洁型水体自动进样装置，包括样品池模块100、自动进样/出样模块200、自清洗模块300，其中：
样品池模块100包括竖向设置的中空的机械主体12，机械主体12下部水平穿透安装有光学检测模块15，机械主体12中竖向固定安装有玻璃管状的样品池10，样品池10沿竖向穿过光学检测模块15，且样品池10上、下端均设为管口， 机械主体12内还设置有安装在样品池10上部的液位检测器13，样品池10上端管口中堵入有活塞，活塞中设左右S形的进出气通道，样品池10下端管口连通有黑色S形管道29，且黑色S形管道29下端从机械主体12中伸出；
自动进样/出样模块200包括蠕动泵20、样品管道21、清洗液管道23、出样管道25、第一三通阀27、第二三通阀28，样品管道21通过进样阀22连通至第一三通阀27其中一个阀口，清洗液管道23通过清洗阀24连通至第一三通阀27第二个阀口，第一三通阀27第三个阀口与蠕动泵20入口连通，蠕动泵20出口连通至第二三通阀28其中一个阀口，出样管道25通过出样阀26连通至第二三通阀28第二个阀口，样品池模块100中黑色S形管道29下端连通至第二三通阀28第三个阀口。
自清洗模块300包括一对竖向连接在样品池模块100中机械主体12顶部的固定杆33，两固定杆33顶端共同支撑有丝杆步进电机30，两固定杆33上滑动安装有滑块31，滑块31中央通过螺纹与丝杆步进电机30的电机丝杆螺合，滑块31底部通过活塞杆与样品池模块100中活塞连接。
样品池模块100中，机械主体12与光学检测模块15之间通过O形圈挤压遮光。
样品池10上端与活塞之间、样品池10下端与黑色S形管道29之间分别通过O形圈11密封。
机械主体12中部开有光学检测窗口14。
本发明主要由样品池模块100、自动进样/出样模块200、自清洗模块300三部分组成，各部分具体结构如图1所示。
（1）样品池模块
样品池10采用圆形石英玻璃管设计，由中空的机械主体12固定，上端装有液位检测器13，中部留有光学检测窗口14，下端连接流路管道，内壁与清洗活塞32紧密配合，上下两端口通过O型圈11密封。整个样品池采用遮光密封设计，向上端口由活塞遮光，活塞进出气通道为S形，向下端口通过黑色S形管道29与进出样模块相连，机械主体中部与光学检测模块15通过O圈挤压遮光。
（2）自动进样/出样模块
自动进样/出样模块由蠕动泵20、样品管道21与进样阀22、清洗液管道23与清洗阀24、出样管道25与出样阀26。蠕动泵是整个流路的动力源，为抽取样品和清洗液提供动力，蠕动泵的进口通过三通27连接样品管道与清洗液管道，蠕动泵的出口通过28三通连接样品池与出样管道。样品池与出样管道在同一个平面内垂直放置，出样时打开出样阀，利用水体自身重力排出样品。
（3）自清洗模块
自清洗模块由丝杆步进电机30、滑块31、活塞32、固定杆33组成。滑块中央通过螺纹与电机丝杆耦合，两边由固定杆固定方向，下端连接活塞。电机正反转动时带动滑块上下移动，推动活塞来回运动，清除附着在样品池内壁上固体颗粒、有机物及微生物等污染物。
2、装置的工作流程
（1）进样
关闭清洗阀和出样阀，打开进样阀，启动蠕动泵抽取样品，样品充满样品池时将触发液位检测器，关闭蠕动泵，关闭进样阀。
（2）出样
关闭进样阀和清洗阀，打开出样阀，在自身重力作用下，样品池内样品从出样管道排出。
（3）清洗
清洗样品池：关闭进样阀和出样阀，打开清洗阀，开启蠕动泵抽取清洗液，待清洗液充满样品池后关闭蠕动泵，关闭清洗阀；开启清洗步进电机上下运动1次；打开出样阀，在自身重力作用下，清洗液从出样管道排出。清洗次数可依据水体的污染程度酌情添加。
冲洗管道：关闭清洗阀，打开进样阀和出样阀，开启蠕动泵，抽取待测样品冲洗管道内残留样品，防止先后样品间交叉干扰影响测量结果，冲洗时间可根据管道长度和蠕动泵的抽取速率计算。

Claims (4)

1.一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：包括样品池模块、自动进样/出样模块、自清洗模块，其中：
所述样品池模块包括竖向设置的中空的机械主体，机械主体下部水平穿透安装有光学检测模块，机械主体中竖向固定安装有玻璃管状的样品池，样品池沿竖向穿过光学检测模块，且样品池上、下端均设为管口， 机械主体内还设置有安装在样品池上部的液位检测器，所述样品池上端管口中堵入有活塞，活塞中设左右S形的进出气通道，样品池下端管口连通有黑色S形管道，且黑色S形管道下端从机械主体中伸出；
所述自动进样/出样模块包括蠕动泵、样品管道、清洗液管道、出样管道、第一三通阀、第二三通阀，样品管道通过进样阀连通至第一三通阀其中一个阀口，清洗液管道通过清洗阀连通至第一三通阀第二个阀口，第一三通阀第三个阀口与蠕动泵入口连通，蠕动泵出口连通至第二三通阀其中一个阀口，出样管道通过出样阀连通至第二三通阀第二个阀口，样品池模块中黑色S形管道下端连通至第二三通阀第三个阀口；
所述自清洗模块包括一对竖向连接在样品池模块中机械主体顶部的固定杆，两固定杆顶端共同支撑有丝杆步进电机，两固定杆上滑动安装有滑块，滑块中央通过螺纹与丝杆步进电机的电机丝杆螺合，滑块底部通过活塞杆与样品池模块中活塞连接。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述样品池模块中，机械主体与光学检测模块之间通过O形圈挤压遮光。
3.根据权利要求1所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述样品池上端与活塞之间、样品池下端与黑色S形管道之间分别通过O形圈密封。
4.根据权利要求1所述的一种自清洁型水体自动进样装置，其特征在于：所述机械主体中部开有光学检测窗口。
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