CN106442099A - 一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水质监测领域，尤其涉及一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置及方法。本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其包括消解模块和测量模块，所述消解模块包括并列设置的第一消解管和第二消解管分别对待测水样中的氮和磷进行消解，所述测量模块包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块与第一消解管的位置对应，第二测量模块与第二消解管的位置对应，对水样中的总磷、总氮含量分开进行消解和测量。本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法对水样中总磷、总氮含量分开进行消解和测量。本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置及方法缩短了消解和测量的时间。
Description
【技术领域】
本发明涉及水质监测领域，尤其涉及一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置及方法。
【背景技术】
随着含有大量氮、磷的生活污水的排放，大量有机物在水中降解，促进水中藻类生长，使水中的氧气含量下降，鱼类大量死亡，极大程度地破坏了生态平衡。因此需要对水质进行监控，对水中的氮、磷的含量进行检测。
但是现有的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置和方法，其总的消解和测量时间都在1.5h左右，都存在消解和测量时间长的问题，这一问题已经成为了水质监测领域急需解决的关键问题。
【发明内容】
针对现有的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置和方法存在的消解和测量时间长的问题，本发明提供一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置及方法。
本发明解决技术问题的方案是提供一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，所述消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置包括消解模块和测量模块，所述消解模块包括并列设置的第一消解管和第二消解管分别对待测水样中的氮和磷进行消解，所述测量模块包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块与第一消解管的位置对应，第二测量模块与第二消解管的位置对应，第一测量模块配合第一消解管对待测水样中总氮和总磷含量之一者进行测量，第二测量模块配合第二消解管对总氮和总磷含量之另一者进行测量。
优选地，所述消解模块进一步包括发出紫外光的消解灯，第一消解管的两侧和第二消解管的两侧均设置有消解灯。
优选地，所述第一消解管和/或第二消解管的外壁上设有加热部件。
优选地，所述第一消解管和第二消解管包括管体，所述测量模块包括分别位于管体相对两侧的光源发射模块和接收模块，所述光源发射模块发出的光线穿过该管体后被接收模块接收。
优选地，所述第一消解管和第二消解管进一步包括突出部，所述突出部凸起于管体侧壁，所述突出部为中空结构且其内部与管体连通，突出部的位置与光源发射模块的位置对应设置，光源发射模块发出的光线穿过该突出部以及管体然后被接收模块接收。
优选地，所述管体为直径上大下小的结构，所述突出部突起于管体直径大的一端的侧壁。
本发明还提供一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，包括以下步骤：
S1：向两消解管中提供待测水样；
S2：向两消解管注入消解液使待测水样发生消解；及
S3：向消解完成后的两消解管发射特定波长的光线并接收穿过消解管后的光线来测量待测水样中总磷和总氮的含量。
优选地，在消解的同时对待测水样进行加热。
优选地，在消解的同时提供紫外光照射消解管。
优选地，所述消解管的管体为直径上大下小的结构，在消解的同时从管体直径小的一端向消解管中通入气体。
与现有技术相比，本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其包括消解模块和测量模块，所述消解模块包括并列设置的第一消解管和第二消解管分别对待测水样中的氮和磷进行消解，所述测量模块包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块与第一消解管的位置对应，第二测量模块与第二消解管的位置对应，第一测量模块配合第一消解管对待测水样中总氮和总磷含量之一者进行测量，第二测量模块配合第二消解管对总氮和总磷含量之另一者进行测量。本发明的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置大大缩短了消解和测量的时间。
与现有技术相比，本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法包括以下步骤：S1：向两消解管中提供待测水样；S2：向两消解管注入消解液使待测水样发生消解；及S3：向消解完成后的两消解管发射特定波长的光线并接收穿过消解管后的光线来测量待测水样中总磷和总氮的含量。本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法具有消解和测量时间短的优点。
【附图说明】
图1是本发明的第一实施例的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置的爆炸结构示意图。
图2是本发明的第一实施例的消解模块的爆炸结构示意图。
图3是本发明的第一实施例的消解箱的结构示意图。
图4是本发明的第一实施例的消解模块的剖面示意图。
图5是本发明的第一实施例的第一消解管的结构示意图。
图6是本发明的第一实施例的消解灯的结构示意图。
图7是本发明的第一实施例的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置的俯视结构示意图。
图8是本发明的第二实施例的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置的结构示意图。
图9是本发明的消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1，本发明的第一实施例提供一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置10，其用于对水样中的氮、磷含量进行消解和检测，其包括消解模块11和测量模块13，测量模块13设置在消解模块11的两侧。消解模块11的作用是通过消解反应将水样中的含氮化合物氧化为硝酸盐，将所含磷化合物转化为正磷酸盐。测量模块13是利用紫外分光光度法对水样中的氮含量进行检测，待测水样可以吸收波长为220nm和275nm的紫外光，从而根据吸光度值得到总氮含量；同时利用钼酸铵分光光度法对水样中的磷含量进行检测，待测水样可以吸收波长为700nm的可见光，从而根据吸光度值得到总磷含量。
请参考图2，消解模块11包括第一消解模块111、第二消解模块113、消解灯115、上盖117以及消解箱119。上盖117设置在消解箱119的上方，消解箱119为无盖盒体状。在消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置10的使用状态下，上盖117扣合于消解箱119上，上盖117与消解箱119形成一个容纳空间，第一消解模块111、第二消解模块113的一端与上盖117固定连接并部分收容在此容纳空间内，第一消解模块111、第二消解模块113的远离上盖117的另一端贯穿消解箱119的底部。消解灯115贯穿上盖117且部分收容在此容纳空间内。第一消解模块111和第二消解模块113的结构相同。消解灯115可以发出紫外光，对第一消解模块111和第二消解模块113中的消解反应起到加快反应速度的效果。优选的，第一消解模块111的两侧均设置有消解灯115，第二消解模块113的两侧也均设置有消解灯115。更优选的，第一消解模块111、第二消解灯113和消解灯115在上盖117上相间设置，即第一消解模块111、第二消解模块113和消解灯115构成一个消解模块11被消解灯115所包裹的夹心饼结构。作为优选的，第一消解模块111、第二消解模块113和消解灯115平行设置。夹心饼结构的作用是可以充分利用消解灯115发出的紫外光，使其对消解反应的加速效果更好，极大程度地缩短了消解反应的时间。作为优选的，消解灯115的数量为三根，第一消解模块111的两侧各设置一根消解灯115，第二消解模块111的两侧也各设置一根消解灯115，第一消解模块111和第二消解模块113两者之间共用一根消解灯115。作为进一步优选的，消解灯115、第一消解模块111和第二消解模块113之间采取等间距设置，其作用是为了保证消解灯115发出的紫外光对第一消解模块111和第二消解模块113中的消解反应起到相同的加速效果，从而进一步确保第一消解模块111和第二消解模块113中的消解反应的同步进行。作为本发明的变形实施例，消解灯115可以省略。
作为本发明的变形实施例，在消解箱119的内壁贴有反光膜，以实现紫外光的充分利用，进一步加快消解反应的速率，缩短消解反应的时间。
请参考图3，无盖盒体状的消解箱119一面设置开口1195、其他面封闭，内部为容纳空间，消解箱119的侧面设置有第一通孔1191和第二通孔1193，第一通孔1191和第二通孔1193贯穿整个消解箱119。消解箱119设置有开口1195的一面与上盖117连接，其连接方式是可拆卸式连接，作为优选的，两者通过螺钉连接。消解箱119的侧面与测量模块13连接，其连接位置与第一通孔1191和第二通孔1193的位置对应，测量模块13发出的光穿过第一通孔1191和第二通孔1193。两者的连接方式可以是螺钉连接、焊接等其他固定连接方式，本发明采用螺钉连接来做示范性说明，在此不作限定。
请参考图4，第一消解模块111包括第一消解管1111、第一塞头1113、第二塞头1115、第一通道1117以及第一阀门1119。第一塞头1113的一端与上盖117连接，相对的另一端与第一消解管1111连接，第一塞头1113上设置有第一导通孔1121(标号见图2)，该第一导通孔1121与第一消解管1111连通且与外界连通，可以通过该第一导通孔1121向第一消解管1111中加入消解液和显色剂。第一塞头1113与上盖117的连接方式可以是螺钉连接或者卡接或者过盈配合等其他紧固连接方式，本发明采用螺钉连接来做示范性说明，在此不作限定。第一消解管1111设置在消解箱119的容纳空间内，第一消解管1111远离上盖117的一端与第二塞头1115连接，第二塞头1115与消解箱119的底部连接。第二塞头1115上设置有第二导通孔(图未示)，该第二导通孔(图未示)与第一通道1117和第一消解管1111连通，水样经第一通道1117后再经过第二导通孔(图未示)进入到第一消解管1111中。第一阀门1119与第一通道1117连通，其可以控制第一通道1117的进液或者排液。第一消解管1111的材质为透光材质，优选为玻璃材质。第二消解模块113包括第二消解管1131、第一塞头1133、第二塞头1135、第二通道1137以及第一阀门1139，第二消解模块113的结构与第一消解模块111的结构一致，故不再针对第二消解模块113的结构进行详细阐述。第一塞头1113和第二塞头1115上均分别设置有环形凹槽1141分别用于容纳第一消解管1111和第二消解管1131的两端。作为优选的，第一塞头1113和第二塞头1115设置在同一垂直线上，可以使第一消解管1111和第二消解管1131保持在竖直状态。作为优选的，第一塞头1113和第二塞头1115是软质材料制成，且具有良好的耐化学腐蚀性能，进一步优选为聚四氟乙烯，以避免第一消解管1111和/或第二消解管1131与消解箱119发生碰撞而损坏。
作为本发明的变形实施例，第一塞头1113和/或第二塞头1115可以省略，第一消解管1111和第二消解管1131直接与上盖117和/或消解箱119连接。
作为本发明的又一变形实施例，第一消解模块111进一步加热部件1114，加热部件1114缠绕在第一消解管1111的外壁上，其可以对第一消解管1111中的水样进行360°全方位的外部加热以加快消解反应的速率，缩短消解反应的时间。加热部件114优选为加热丝。
作为本发明的变形实施例，第一消解模块111和第二消解模块113均进一步温度传感器(图未示)，温度传感器(图未示)可以对第一消解管1111和第二消解管1131中的水样的温度进行监控，当其温度过高或者过低时，可以通过控制加热部件1114的功率来调整温度。
请参考图5，第一消解管1111优选包括管体1121、挂耳1123、突出部1125、凹陷部1127、挂柱1128以及尖头1129。管体1121优选为一直径上大下小的结构，直径大的一端与第一塞头1113连接，直径小的一端与第二塞头1115连接，其目的是在管体1121中装有水样，在进行消解反应时需要对水样和消解液进行搅拌，可以从直径小的一端向管体1121中通入气体以达到使水样和消解液混合均匀的目的，上大下小的结构可以使气体对水样和消解液的搅拌效果更好。作为进一步优选的，管体1121直径大的一端的直径要大于直径小的一端的直径的1.2倍。管体1121的外壁上设置有至少一个挂耳1123和至少一个尖头1129，加热部件(图未示)就通过至少一个挂耳1123和至少一个尖头1129来实现限位，使加热部件(图未示)能紧紧地缠绕在管体1121的外壁上，从而对管体1121进行360°全方位的加热，加热更加均匀。管体1121的外壁上还设置有凹陷部1127和至少一个挂柱1128，作为优选的，凹陷部1127设置在管体1121直径大的一端上，且其斜向管体1121直径小的一端凹陷，凹陷部位形成空间用于放置温度传感器(图未示)，温度传感器(图未示)的连接线路就缠绕在挂柱1128上。管体1121的两侧设置有至少一个突出部1125，所述突出部1125凸起于管体1121的侧壁，突出部1125为中空结构且其内部与管体1121内部连通。作为优选的，突出部1125突起于管体1121直径大的一端的侧壁。突出部1125的位置与消解箱119上的第一通孔1191的位置对应，测量模块13发出的光从突出部1125上透过。突出部1125的设置可以延长光透过第一消解管1111和第二消解管1131的长度，增加测量的光程，从而增强测量的准确性。作为优选的，突出部1125的长度要大于管体1121最大直径的二分之一。作为本发明的变形实施例，挂耳1123、突出部1125、凹陷部1127、挂柱1128以及尖头1129中的一个或多个可以不设置。
请参考图6，消解灯115包括灯管1151和灯头1153，灯头1153与上盖117连接，灯管1151悬空设置在消解箱119的内部容纳空间中，灯管1151可发出紫外光，紫外光对消解反应起到加速作用。作为优选的，灯管1151的长度要大于或者等于第一消解管1111和第二消解管1131的长度。
请参考图7，测量模块13包括至少一个第一测量模块131和至少一个第二测量模块133，第一测量模块131的位置与第一消解模块111的位置对应，第二测量模块133与第二消解模块113的位置对应。第一测量模块131和第二测量模块133中的两者之一测量水样中的总氮含量，另一者测量总磷含量。本发明采用第一测量模块131测量总氮含量，第二测量模块133测量总磷含量来做示范性说明，在此不作限定。第一测量模块131包括第一光源发射模块1311和第一接收模块1313，第二测量模块133包括第二光源发射模块1331和第二接收模块1333。第一光源发射模块1311和第二光源发射模块1331设置在消解模块11的同一侧，第一接收模块1313和第二接收模块1333设置在消解模块11的另一侧，且第一光源发射模块1311和第一接收模块1313相对设置，第二光源发射模块1331和第二接收模块1333相对设置。第一光源发射模块1311发出的波长为220nm和275nm的紫外光穿过消解箱119上的第一通孔1191和第一消解管1111后到达第一接收模块1313，第二光源发射模块1331发出波长为700nm的可见光穿过消解箱119上的第二通孔1193和第二消解管1131后到达第二接收模块1333。
请一并参考图1至图7，消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置10的工作过程为：水样从第一通道1117进入到第一消解模块111中，从第二通道1137进入到第二消解模块113中。再通过第一塞头1113上的第一导通孔1121分别向第一消解管1111和第二消解管1131中加入消解液，并同时打开所有的消解灯115以对第一消解管1111和第二消解管1131中的消解反应起到加速效果。如有需要，可以同时利用加热部件对第一消解管1111和第二消解管1131进行外部加热，并通过温度传感器时刻监控水样的温度以便进行实时调整。优选地，在第一消解管1111和第二消解管1131中的消解反应进行时，可以从管体1121直径小的一端通入气体，以对消解液和待测水样起到搅拌混合的作用，加速消解反应的进行。第一消解管1111和第二消解管1131中的消解反应同步进行。根据加入的待测水样和消解液的体积，在限定的一段时间后消解反应完成，通过第一塞头1133上的第一导通孔1121向第二消解管1131中加入钼酸铵和抗坏血酸，水样呈现蓝色。待显色完成后，第一光源1311和第二光源1331开始工作，第一光源发出的波长为220nm和275nm的紫外光穿过消解箱119上的第一通孔1191后透过第一消解管1111到达第一接收模块1313，第二光源发出的波长为700nm的可见光穿过消解箱119上的第二通孔1193后透过第二消解管1131到达第二接收模块1333，根据第一消解管1111中经过消解反应后的水样对波长为220nm和275nm波长的紫外光的吸收度可以得到水样中总氮的含量，根据第二消解管1131中经过显色后的水样对波长为700nm的可见光的吸收度得到水样中总磷的含量。
请参考图8，作为本发明的第二实施例，消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置20的结构与第一实施例中消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置10的结构一致，且第二实施例中的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置20进一步包括进样模块30，进样模块30与第一消解模块211的第一通道2117和第二消解模块213的第二通道2137连通，进样模块30可以向第一消解模块211和第二消解模块213中通入水样或者气体。第一消解模块211和第二消解模块213均与进样模块30连通并通过同一进样模块30来控制进样，确保了第一消解模块211和第二消解模块213中的消解反应的条件控制一致性，减少了实验误差，从而确保了测量的准确性。
进样模块30包括储样装置305、阀门303和泵301，泵301与储样装置305和阀门303连通，阀门303与第一通道2117和第二通道2137连通。水样存储在储样装置305中，泵301可以从储样装置305中抽取水样，然后通过阀门303来控制水样流入第一消解模块211和/或第二消解模块213。作为优选的，消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置20的每条液路上都设置有定量装置(图未示)，以实现水样的定量计算。作为优选的，阀门303为电磁阀，泵301为蠕动泵。作为本发明的变形实施例，阀门303可以省略，第一通道2117和第二通道2137直接与泵301连通。作为本发明的变形实施例，测量模块(图未示)可以省略。当第一消解模块211和/或第二消解模块213中的消解反应进行时，控制泵301的运作状态可以使泵301空转从而向第一消解模块211和第二消解模块213中通入气体，通入的气体对第一消解模块211和第二消解模块213中的消解液和水样起到搅拌的作用。
请参考图9，本发明还提供一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，其采用如上所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其包括以下步骤：
S1：清洗，向第一消解模块和第二消解模块中注入清水，以清洗杂质；
S2：向消解管中提供待测水样；
S3：向消解管注入消解液使待测水样发生消解；及
S4：向消解完成后的消解管发射特定波长的光线，并接收穿过消解管后的光线来测量待测水样中总磷、总氮的含量。
作为本发明的变形实施例，步骤S1可以省略。
作为本发明的又一变形实施例，在消解的同时对待测水样进行加热。
作为本发明的又一变形实施例，在消解的同时提供紫外光照射第一消解模块和/或第二消解模块。
作为本发明的又一变形实施例，所述第一消解模块包括第一消解管，所述第二消解模块包括第二消解管，第一消解管和/或第二消解管的管体为直径上大下小的结构，在消解的同时从管体直径小的一端向第一消解管和/或第二消解管中通入气体，以对其中的消解液和水样起到搅拌混合的作用，加快消解反应的进行。
上述步骤S4具体包括步骤S41和步骤S42，步骤S41和步骤S42同时进行，
S41:测氮，发出波长为220nm和275nm的紫外光，紫外光穿过消解管中的待测水样并被其部分吸收，根据接收到的紫外光来测定待测水样中总氮的含量；
S42:测磷，向消解后的待测水样中加入钼酸铵和抗坏血酸后，水样呈蓝色，发出波长为700nm的可见光，可见光穿过消解管中的待测水样并被其部分吸收，根据接收到的可见光来测定待测水样中总磷的含量。
与现有技术相比，本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其包括消解模块和测量模块，所述消解模块包括并列设置的第一消解管和第二消解管分别对待测水样中的氮和磷进行消解，所述测量模块包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块与第一消解管的位置对应，第二测量模块与第二消解管的位置对应，第一测量模块配合第一消解管对待测水样中总氮和总磷含量之一者进行测量，第二测量模块配合第二消解管对总氮和总磷含量之另一者进行测量。现有的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其总的消解和测量时间大约在1.5h左右，而采用本发明的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其总的消解和测量的时间不超过40min，本发明的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置大大缩短了消解和测量的时间，且结构紧凑，缩小了装置的体积。
与现有技术相比，本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法包括以下步骤：S1：向两消解管中提供待测水样；S2：向两消解管注入消解液使待测水样发生消解；及S3：向消解完成后的两消解管发射特定波长的光线并接收穿过消解管后的光线来测量待测水样中总磷和总氮的含量。本发明的一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法具有消解和测量时间短的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置包括消解模块和测量模块，所述消解模块包括并列设置的第一消解管和第二消解管分别对待测水样中的氮和磷进行消解，所述测量模块包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块与第一消解管的位置对应，第二测量模块与第二消解管的位置对应，第一测量模块配合第一消解管对待测水样中总氮和总磷含量之一者进行测量，第二测量模块配合第二消解管对总氮和总磷含量之另一者进行测量。
2.如权利要求1所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述消解模块进一步包括发出紫外光的消解灯，第一消解管的两侧和第二消解管的两侧均设置有消解灯。
3.如权利要求1-2任一项所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述第一消解管和/或第二消解管的外壁上设有加热部件。
4.如权利要求3所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述第一消解管和第二消解管包括管体，所述测量模块包括分别位于管体相对两侧的光源发射模块和接收模块，所述光源发射模块发出的光线穿过该管体后被接收模块接收。
5.如权利要求4所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述第一消解管和第二消解管进一步包括突出部，所述突出部凸起于管体侧壁，所述突出部为中空结构且其内部与管体连通，突出部的位置与光源发射模块的位置对应设置，光源发射模块发出的光线穿过该突出部以及管体然后被接收模块接收。
6.如权利要求5所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的装置，其特征在于：所述管体为直径上大下小的结构，所述突出部突起于管体直径大的一端的侧壁。
7.一种消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：向两消解管中提供待测水样；
S2：向两消解管注入消解液使待测水样发生消解；及
S3：向消解完成后的两消解管发射特定波长的光线并接收穿过消解管后的光线来测量待测水样中总磷和总氮的含量。
8.如权利要求7所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，其特征在于：在消解的同时对待测水样进行加热。
9.如权利要求7所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，其特征在于：在消解的同时提供紫外光照射消解管。
10.如权利要求7所述的消解和测量水样中总磷、总氮含量的方法，其特征在于：所述消解管的管体为直径上大下小的结构，在消解的同时从管体直径小的一端向消解管中通入气体。
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