CN104880504A - 一种压差微动液柱平衡式库仑法bod测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，该装置包括恒温控制单元以及设置在恒温控制单元中的多个库伦BOD测定单元，所述的恒温控制单元包括恒温水浴槽、设置在恒温水浴槽中的温度探头、与温度探头依次电连接的继电器、数据采集控制器及冷热水器，该冷热水器通过管路与恒温水浴槽连通，所述的多个库伦BOD测定单元均设置在恒温水浴槽中，并分别通过电路与数据采集控制器连接。与现有技术相比，本发明整体结构简单、紧凑，操控简单，性能稳定，设备易拆洗、易更换，试验相关参数可实现电脑全程自动化监控、跟踪并记录，可用于各类有机物(如：挥发性、光解性、难溶性等)的生物降解测试。

Description

一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种BOD测定装置，尤其是涉及一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置。

背景技术

BOD(Biochemical Oxygen Demand的简写)：生化需氧量或生化耗氧量(一般指五日生化学需氧量)，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标。生化需氧量(BOD)是一种环境监测指标，主要用于监测水体中有机物的污染状况。一般有机物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有机化合物时，需要消耗氧，如果水中的溶解氧不足以供给微生物的需要，水体就处于污染状态。因此，BOD是有关环保的指标。

目前，随着中国化工品、农药等消费市场的扩大，以及国内农药行业、制药及化工行业的蓬勃发展，国内外大量的新农药、医药及化工品被引进或研发出来。其中，包括大量对环境会造成持久危害的物质。根据法规，这些新物质或具有潜在危险性的化学品在投放市场之前，必须要做相关的环境归趋生物降解性评价。然而，现阶段国内还不能完全满足OECD、EPA及国内登记试验标准的生物降解试验测试系统。

申请号为201310631376.8的中国发明专利公布了一种BOD在线测定仪，包括有触摸显示器、数据处理中心以及BOD测定单元，该BOD测定单元包括有反应器、温控装置和数据采集器，该温控装置设有一温控腔，所述反应器位于温控腔内，该反应器设有进水管和出水管，该进水管设有第一流通池，该出水管设有第二流通池，所述第一流通池上设置有第一电极座，该第一电极座上插装有第一溶氧电极；所述第二流通池上设置有第一电极座，该第二电极座上插装有第二溶氧电极。该专利公布的技术方案主要是利用两个溶解氧电极直接测定进入该装置的两个点的水质溶解氧数据，该数据准确度决定于溶解氧电极的精度，测试对象主要是水或污染水，主要应用在水质监测领域，其并不适用于评估具体有机化学物质的环境生物降解能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操控简单，性能稳定，设备易拆洗、易更换，试验相关参数可实现电脑全程自动化监控、跟踪并记录的压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，该装置包括恒温控制单元以及设置在恒温控制单元中的多个库伦BOD测定单元，所述的恒温控制单元包括恒温水浴槽、设置在恒温水浴槽中的温度探头、与温度探头依次电连接的继电器、数据采集控制器及冷热水器，该冷热水器通过管路与恒温水浴槽连通，所述的多个库伦BOD测定单元均设置在恒温水浴槽中，并分别通过电路与数据采集控制器连接。

所述的恒温控制单元还包括不间断电源，该不间断电源通过电路与冷热水器连接。

所述的库伦BOD测定单元共设有6个，分别为第一库伦BOD测定单元、第二库伦BOD测定单元、第三库伦BOD测定单元、第四库伦BOD测定单元、第五库伦BOD测定单元及第六库伦BOD测定单元，并等间距布设在恒温水浴槽中。

所述的库伦BOD测定单元包括设置在恒温水浴槽中的磁力搅拌器、设置在磁力搅拌器上的样品测试瓶、与样品测试瓶相连通的硫酸铜电解器以及与硫酸铜电解器的正极、负极分别电连接的库仑计，该库仑计还通过电路与数据采集控制器连接。

所述的硫酸铜电解器为两端分别设有正极、负极的非对称U型管，该非对称U型管一侧设有支管，并通过支管与样品测试瓶连通。

所述的正极为铂电极，该铂电极底部还设有用于控制电解硫酸铜频次的延时锥，所述的负极为铜电极。

所述的延时锥为采用憎水PTFE材质制备而成的延时锥。

在工作状态下，所述的延时锥利用液体对憎水性材料的不浸润性和表面张力原理，来增加电解过程的时间。

所述的非对称U型管中的硫酸铜液面上设有用于防止液面蒸发的液体石蜡。

所述的样品测试瓶内部盛装有待测试的培养基，该培养基的上方设有二氧化碳吸收池。

所述的二氧化碳吸收池为盛装有碱石灰的托盘。

所述的数据采集控制器为计算机，该计算机中设有自动化软件控制程序，该程序可自动采集记录恒温水槽内的水温及每次硫酸铜电解开始、结束的时间。

根据测试标准要求，6个库伦BOD测定单元的各部件组装方式相同，不同之处在于各库伦BOD测定单元中的培养基所加入的物质不同，具体为：所述的第一库伦BOD测定单元及第二库伦BOD测定单元中，样品测试瓶中的培养基包含接种的微生物和被测试的有机物样品，所述的第三库伦BOD测定单元中，样品测试瓶中的培养基包含接种的微生物和参比物，所述的第四库伦BOD测定单元中，样品测试瓶中的培养基包含接种的微生物、参比物和被测试的有机物样品，所述的第五库伦BOD测定单元中，样品测试瓶中的培养基仅包含接种的微生物，所述的第六库伦BOD测定单元中，样品测试瓶中的培养基仅包含被测试的有机物样品。

在进行BOD测定时，先通过数据采集控制器设定一温度值，所述的温度探头将恒温水浴槽的实时水温信息传送至数据采集控制器，该数据采集控制器根据接收的实时水温信息通过继电器控制冷热水器的开启与关闭，对恒温水浴槽的水温进行调控，直至水温稳定在设定的温度值，开启磁力搅拌器，搅拌样品测试瓶中的培养基，使微生物充分接触培养基中的有机物质，微生物耗氧分解有机物质，释放二氧化碳，并被二氧化碳吸收池吸收，使非对称U型管中的压力失衡，铂电极一侧的硫酸铜液面上升并淹没延时锥，此时，库仑计将压力转化成电信号，开启直流电，数据采集控制器开始记录电解时间，铂电极开始电解硫酸铜并释放氧气，当氧气量增多，非对称U型管中压力渐渐趋于平衡，铂电极一侧的硫酸铜液面下降，当液面降至延时锥与铂电极连接面以下时，电解硫酸铜停止，电解产生的氧气补充到样品测试瓶中，根据法拉第第一定律计算硫酸铜电解量，而氧气的消耗量与硫酸铜电解量成正比，即可换算出BOD值。

本发明主要是利用好氧微生物分解有机物耗氧的原理，并利用压力变化，通过延时锥控制电解硫酸铜装置的开和关，并利用法拉第第一定律，氧气的消耗量与硫酸铜电解量成比例，通过计算硫酸铜电解量，换算出氧气的消耗量，并用BOD(生物耗氧量)表示出来。

本发明可用于各种性质有机化学品、农药、医药中间体的快速生物降解及固有生物降解实验，同时可以应用在环境监测各类样品的BOD测定等。该设备操控简单，自动化程度高，设备易拆洗、易更换，试验相关参数可实现全程自动化监控、跟踪并记录，该试验装置能够保证实验的可靠平稳进行，能够适用于欧盟经济合作与发展组织(OECD)及美国环保部(EPA)公布的相关快速生物降解及固有生物降解的良好实验室操作程序(GLP)试验。

与现有技术相比，本发明针对各类有机物质进行BOD生物降解测试，通过微生物耗氧分解有机物产生二氧化碳，并被样品瓶顶部空间二氧化碳吸收后，产生的压力差，通过“延时锥”控制电解硫酸铜供氧装置持续地为测试瓶中微生物供氧，并可确保试验长时间进行，同时通过恒温水域控制系统控制水浴槽中的温度保证在设定温度的±0.5℃；通过电脑数据监控及采集记录系统，可以实现实验装置运行过程中各试验参数的自动化监控记录等，同时该试验装置安装大功率电源，在断电的情况下同样可以正常运行数小时，该装置对有机物好氧生物降解模拟效果非常明显，而且可满足绝大部分有机物生物降解试验。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)针对各类有机物质进行BOD生物降解测试，通过微生物耗氧分解有机物产生二氧化碳，并被样品瓶顶部空间二氧化碳吸收后，产生的压力差，通过“延时锥”控制电解硫酸铜供氧装置持续地为样品测试瓶中的微生物供氧，并可确保试验长时间进行；

2)由于采用恒温控制单元，可以保证测试温度稳定在设定温度的±0.5℃范围内，有效提高测试的准确性；

3)由于采用不间断电源可保证在遇到停电突发事件时，整个BOD测定装置在断电的情况下同样可以正常运行数小时，同时保证原有测试数据不会丢失；

4)由于采用数据采集控制器，可以实现测试装置在运行过程中，各试验参数的自动化监控记录等，对有机物好氧生物降解模拟效果非常明显，而且可满足绝大部分有机物生物降解试验；

5)整体结构简单、紧凑，操控简单，性能稳定，设备易拆洗、易更换，试验相关参数可实现电脑全程自动化监控、跟踪并记录，可用于各类有机物(如：挥发性、光解性、难溶性等)的生物降解测试。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2a-2e为本发明延时锥电解过程示意图；

图中标记说明：

1—恒温水浴槽、2—温度探头、3—继电器、4—数据采集控制器、5—冷热水器、6—不间断电源、7—第一库伦BOD测定单元、71—磁力搅拌器、72—样品测试瓶、721—培养基、722—二氧化碳吸收池、73—硫酸铜电解器、731—正极、732—负极、733—延时锥、734—支管、74—库仑计、8—第二库伦BOD测定单元、9—第三库伦BOD测定单元、10—第四库伦BOD测定单元、11—第五库伦BOD测定单元、12—第六库伦BOD测定单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，该装置包括恒温控制单元以及设置在恒温控制单元中的多个库伦BOD测定单元，恒温控制单元包括恒温水浴槽1、设置在恒温水浴槽1中的温度探头2、与温度探头2依次电连接的继电器3、数据采集控制器4及冷热水器5，该冷热水器5通过管路与恒温水浴槽1连通，多个库伦BOD测定单元均设置在恒温水浴槽1中，并分别通过电路与数据采集控制器4连接。

其中，恒温控制单元还包括不间断电源6，该不间断电源6通过电路与冷热水器5连接；库伦BOD测定单元共设有6个，分别为第一库伦BOD测定单元7、第二库伦BOD测定单元8、第三库伦BOD测定单元9、第四库伦BOD测定单元10、第五库伦BOD测定单元11及第六库伦BOD测定单元12，并等间距布设在恒温水浴槽1中。

库伦BOD测定单元包括设置在恒温水浴槽1中的磁力搅拌器71、设置在磁力搅拌器71上的样品测试瓶72、与样品测试瓶72相连通的硫酸铜电解器73以及与硫酸铜电解器73的正极731、负极732分别电连接的库仑计74，该库仑计74还通过电路与数据采集控制器4连接。

硫酸铜电解器73为两端分别设有正极731、负极732的非对称U型管，该非对称U型管一侧设有支管734，并通过支管734与样品测试瓶72连通；正极731为铂电极，该铂电极底部还设有用于控制电解硫酸铜频次的延时锥733，负极732为铜电极；延时锥733为采用憎水PTFE材质制备而成的延时锥733；在工作状态下，延时锥733利用液体对憎水性材料的不浸润性和表面张力原理，来增加电解过程的时间；非对称U型管中的硫酸铜液面上设有用于防止液面蒸发的液体石蜡。

样品测试瓶72内部盛装有待测试的培养基721，该培养基721的上方设有二氧化碳吸收池722，该二氧化碳吸收池722为盛装有碱石灰的托盘。

数据采集控制器4为计算机，该计算机中设有自动化软件控制程序，该程序可自动采集记录恒温水槽内的水温及每次硫酸铜电解开始、结束的时间。

本实施中，恒温水浴槽1为玻璃水浴槽或不锈钢水浴槽，并且恒温水浴槽1设置在一主体框架上，该主体框架由厚度为2mm的SUS304不锈钢制成，框架的底脚安装有移动脚轮，可移动可刹车固定。

根据测试标准要求，6个库伦BOD测定单元的各部件组装方式相同，不同之处在于各库伦BOD测定单元中的培养基721所加入的物质不同，具体为：第一库伦BOD测定单元7及第二库伦BOD测定单元8中，样品测试瓶72中的培养基721包含接种的微生物和被测试的有机物样品，第三库伦BOD测定单元9中，样品测试瓶72中的培养基721包含接种的微生物和参比物，第四库伦BOD测定单元10中，样品测试瓶72中的培养基721包含接种的微生物、参比物和被测试的有机物样品，第五库伦BOD测定单元11中，样品测试瓶72中的培养基721仅包含接种的微生物，第六库伦BOD测定单元12中，样品测试瓶72中的培养基721仅包含被测试的有机物样品。

在实际使用过程中，编写了不同软件来控制记录水浴温度及电解时间，同时将采集的数据通过软件直接计算微生物分解有机物样品的BOD值。

在进行BOD测定时，先通过数据采集控制器4设定一温度值，温度探头2将恒温水浴槽1的实时水温信息传送至数据采集控制器4，该数据采集控制器4根据接收的实时水温信息通过继电器3控制冷热水器5的开启与关闭，对恒温水浴槽1的水温进行调控，直至水温稳定在设定的温度值，开启磁力搅拌器71，搅拌样品测试瓶72中的培养基721，使微生物充分接触培养基721中的有机物质，微生物耗氧分解有机物质，释放二氧化碳，并被二氧化碳吸收池722吸收，使非对称U型管中的压力失衡，如图2a-2e所示，铂电极一侧的硫酸铜液面上升并淹没延时锥733，此时，库仑计74将压力转化成电信号，开启直流电，数据采集控制器4开始记录电解时间，铂电极开始电解硫酸铜并释放氧气，当氧气量增多，非对称U型管中压力渐渐趋于平衡，铂电极一侧的硫酸铜液面下降，当液面降至延时锥733与铂电极连接面以下时，电解硫酸铜停止，电解产生的氧气补充到样品测试瓶72中，根据法拉第第一定律计算硫酸铜电解量，而氧气的消耗量与硫酸铜电解量成正比，即可换算出BOD值。

本实施例压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置可用于各种性质有机化学品、农药、医药中间体的快速生物降解及固有生物降解实验，同时可以应用在环境监测各类样品的BOD测定等。该装置操控简单，自动化程度高，设备易拆洗、易更换，试验相关参数可实现全程自动化监控、跟踪并记录，该试验装置能够保证实验的可靠平稳进行，能够适用于欧盟经济合作与发展组织(OECD)及美国环保部(EPA)公布的相关快速生物降解及固有生物降解的良好实验室操作程序(GLP)试验。

Claims (10)

1.一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，该装置包括恒温控制单元以及设置在恒温控制单元中的多个库伦BOD测定单元，其特征在于，所述的恒温控制单元包括恒温水浴槽(1)、设置在恒温水浴槽(1)中的温度探头(2)、与温度探头(2)依次电连接的继电器(3)、数据采集控制器(4)及冷热水器(5)，该冷热水器(5)通过管路与恒温水浴槽(1)连通，所述的多个库伦BOD测定单元均设置在恒温水浴槽(1)中，并分别通过电路与数据采集控制器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的恒温控制单元还包括不间断电源(6)，该不间断电源(6)通过电路与冷热水器(5)连接。

3.根据权利要求1所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的库伦BOD测定单元共设有6个，并等间距布设在恒温水浴槽(1)中。

4.根据权利要求3所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的库伦BOD测定单元包括设置在恒温水浴槽(1)中的磁力搅拌器(71)、设置在磁力搅拌器(71)上的样品测试瓶(72)、与样品测试瓶(72)相连通的硫酸铜电解器(73)以及与硫酸铜电解器(73)的正极(731)、负极(732)分别电连接的库仑计(74)，该库仑计(74)还通过电路与数据采集控制器(4)连接。

5.根据权利要求4所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的硫酸铜电解器(73)为两端分别设有正极(731)、负极(732)的非对称U型管，该非对称U型管一侧设有支管(734)，并通过支管(734)与样品测试瓶(72)连通。

6.根据权利要求5所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的正极(731)为铂电极，该铂电极底部还设有用于控制电解硫酸铜频次的延时锥(733)，所述的负极(732)为铜电极。

7.根据权利要求5所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的非对称U型管中的硫酸铜液面上设有用于防止液面蒸发的液体石蜡。

8.根据权利要求4所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的样品测试瓶(72)内部盛装有待测试的培养基(721)，该培养基(721)的上方设有二氧化碳吸收池(722)。

9.根据权利要求8所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，所述的二氧化碳吸收池(722)为盛装有碱石灰的托盘。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种压差微动液柱平衡式库仑法BOD测定装置，其特征在于，在进行BOD测定时，先通过数据采集控制器(4)设定一温度值，所述的温度探头(2)将恒温水浴槽(1)的实时水温信息传送至数据采集控制器(4)，该数据采集控制器(4)根据接收的实时水温信息通过继电器(3)控制冷热水器(5)的开启与关闭，对恒温水浴槽(1)的水温进行调控，直至水温稳定在设定的温度值，开启磁力搅拌器(71)，搅拌样品测试瓶(72)中的培养基(721)，使微生物充分接触培养基(721)中的有机物质，微生物耗氧分解有机物质，释放二氧化碳，并被二氧化碳吸收池(722)吸收，使非对称U型管中的压力失衡，铂电极一侧的硫酸铜液面上升并淹没延时锥(733)，此时，库仑计(74)将压力转化成电信号，开启直流电，数据采集控制器(4)开始记录电解时间，铂电极开始电解硫酸铜并释放氧气，当氧气量增多，非对称U型管中压力渐渐趋于平衡，铂电极一侧的硫酸铜液面下降，当液面降至延时锥(733)与铂电极连接面以下时，电解硫酸铜停止，电解产生的氧气补充到样品测试瓶(72)中，根据法拉第第一定律计算硫酸铜电解量，而氧气的消耗量与硫酸铜电解量成正比，即可换算出BOD值。