CN106872385A - 一种化肥水溶出氮养分在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统，与淋溶系统相连接的预处理系统和与预处理系统相连接的分析系统。有益效果为：可以实现对同一化肥样品的多种水溶出氮养分或者不同化肥样品的同一种水溶出氮养分进行浓度和质量的快速分析对比，所测数据重复性高；采用铅蓄电池作为备用电池，停电后也能照常使用；电解液的稳定性高，能有效防止由于PbO2微粒游散于电解液中而导致的内部短路的产生，电池循环使用寿命延长；能提高正极板的活性物质利用率，延长电池使用时间；不会产生酸雾，绿色环保，解决了酸雾对环境和设备的污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及在线检测装置的制备技术领域，具体是一种化肥水溶出氮养分在线检测装置。
背景技术
我国的化肥利用率低已是不争的事实，不仅使农业生产成本增加，大量农业资源浪费，更重要的是大量流失的氮、磷对人类健康和生存环境够成了严重威胁。有研究表明，全世界施入土壤的肥料约有30％—50％经土壤淋失而进入地下水，中科院湖泊所对太湖流域浙西区的农业面源污染进行了研究，结果表明每年输入太湖的TN、TP 的量分别为：4281.753 吨/ 年、287.67 吨/ 年，其中一半以上是化肥引起的。
为了有效控制农业面源污染，保护水资源和水生生态系统，大力推广、应用缓控释肥已成为化肥的发展方向。在缓控释化肥的研发和大田试验中，科研与环保部门经常通过淋溶实验来模拟缓控释化肥在土壤中的养分释放规律，通过产品配方和工艺的改变使其接近作物的养分需求规律，从而提高养分利用率，减少对环境的污染。目前，对于水体可溶性化肥养分的测定，实验室中通常采用的是传统的化学滴定或用分光光度计进行检测。传统的化学滴定分析方法的缺点在于，数据误差和精度受人工操作和个人判断影响较大，且效率较低；而采用固定池比色的光学检测，需要经过取样、稀释、定容、显色、清洗等多道程序，费时费力，且所取的检测点有限，不能充分反应养分溶出的过程。
现有技术如授权公告号为CN103217394B的中国发明专利，公开了一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统、预处理系统和分析系统：淋溶系统中有多个淋溶管，采用自下而上的淋溶方式对样品进行淋溶；预处理系统中各个淋溶管的出水直接或经过自动取样稀释后进入显色池，各显色池分别外接显色剂输送管道进行自动显色；分析系统由经改造后的带有流动池的分光光度计和回收池组成，可根据各流动池待检项目设定不同的波长，通过软件控制进行快速交替检测。该装置可以对同一化肥样品的多种氮养分或者不同化肥样品的同一种氮养分同时进行水溶出浓度和质量的在线分析。该装置未备有备用电池，在突然停电时无法继续工作，长期停电，待测液会腐蚀装置，对装置造成损坏；淋浴管中只进行水浸，化肥水中氨气会逸出，造成测量结果不准确。
现有技术如授权公告号为CN103972591B的中国发明专利，公开了一种铅酸蓄电池纳米胶体电解液及其制备方法。所述电解液由以下组分按照重量份混合配制而成：硫酸950，纳米气相二氧化硅6~8，硫酸钾6~10，聚丙烯酰胺0 .01~0 .08，氢氧化钠0 .005~0.02；其中的纳米气相二氧化硅先与水混合后再与上述组分混合，两者混合比为1:6-8；所述硫酸溶液浓度为47-52%。该电解液组成改善了胶体电解液的特性，增加了电解液的稳定性，使电池循环使用寿命延长，并且对环境污染小。装有该电解液的电池的寿命还有待提高，且不能提高正极板的活性物质利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能多通道同时、快速检测分析化肥水溶出氮养分，测定结果准确，停电后也能继续使用的化肥水溶出氮养分在线检测装置。
本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：
一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统，与淋溶系统相连接的预处理系统和与预处理系统相连接的分析系统，淋浴系统中水槽通过蠕动泵与淋浴支架中的淋浴管进水口一一相连接，一个淋浴管的出水口与预处理系统中的酸处理池入口连接，酸处理池出口与尿素显色池入口连接，其余淋浴管的出水口与取样器入口一一连接，取样器3出口分别与硝酸根稀释池入口和铵根显色池入口相连接，尿素显色池出口、硝酸根稀释池出口和铵根显色池出口分别与分析系统中带流动池的紫外/可见分光光度计入口一一连接，分析系统中的回收池分别与带流动池的出口和取样器出口连接。上述装置可以实现对同一化肥样品的多种水溶出氮养分或者不同化肥样品的同一种水溶出氮养分进行浓度和质量的快速分析对比，所测数据重复性高；每个测量项目所取得数据量大，有利于绘制养分释放趋势曲线；全自动同时进行多组淋溶实验，实验时间大大缩短，解决了人工测定存在的操作误差大，重复性差的问题。
淋浴管2顶端设有稀盐酸喷头，稀盐酸喷头接入有供剂管路。在淋浴管中化肥水溶氮养分溶出后，其中的氨气容易逸出，造成最后测定的结果不准确，设置稀盐酸喷头后可有效的将逸出的氨气转化为氯化铵，重新溶于水溶液中，不会造成氮养分的丢失，最后的测定结果准确。水槽通过蠕动泵分别与硝酸根稀释池入口和铵根显色池入口相连接。当化肥水中硝酸根的浓度过大，超过了分析系统中紫外/可见分光光度计的测定范围，利用蠕动泵将水槽中的水打入硝酸根稀释池，使其在紫外/可见分光光度计的测定范围内，测量结果准确。当尿素显色池入口通过蠕动泵与尿素显色瓶出口连接，尿素显色瓶接入有供剂管路。酸处理池入口通过蠕动泵与硫酸瓶出口连接，硫酸瓶接入有供剂管路。铵根显色池入口通过蠕动泵与铵根显色剂池出口连接，铵根显色剂池接入有供剂管路。上述装备设计能实现试剂添加方便，操作方便，简单。
作为优选，淋浴管中设有玻璃砂芯，玻璃砂芯上设有石英砂，待测肥料样品置于管体内石英砂上后再通过石英砂覆盖，高度分别为淋浴管长度的0.02~0.05，0.4~0.6，0.04~0.08，0.1~0.2。作为土柱淋溶介质，能使肥料样品中的水溶氮养分充分溶出，并能防止肥料颗粒飘移。
作为优选，淋浴支架设有备用电池，备用电池为铅蓄电池，停电后也能照常使用。备用电池的电解液成份及其重量份为：27%~37%硫酸溶液80~100份，纳米气相二氧化硅2~5份，聚乙烯吡咯烷酮0.01~0.03份，硫酸钾4~8份，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.1~0.3份，0.3~0.5份磷酸和羟甲基纤维素0.02~0.04份。上述电解液的稳定性高，能有效防止由于PbO2微粒游散于电解液中而导致的内部短路的产生，电池循环使用寿命延长；能提高正极板的活性物质利用率，延长电池使用时间；不会产生酸雾，绿色环保，解决了酸雾对环境和设备的污染问题。
作为优选，本发明测定的化肥水溶出氮养分包括酰胺态尿素氮、铵态氮、硝态氮。
作为优选，装置中所有管路均为乳胶管软管管路。
与现有技术相比，本发明的优点在于：可以实现对同一化肥样品的多种水溶出氮养分或者不同化肥样品的同一种水溶出氮养分进行浓度和质量的快速分析对比，所测数据重复性高；每个测量项目所取得数据量大，有利于绘制养分释放趋势曲线；全自动同时进行多组淋溶实验，实验时间大大缩短，解决了人工测定存在的操作误差大，重复性差的问题；设置稀盐酸喷头后可有效的将逸出的氨气转化为氯化铵，重新溶于水溶液中，不会造成氮养分的丢失，最后的测定结果准确；采用铅蓄电池作为备用电池，停电后也能照常使用；电解液的稳定性高，能有效防止由于PbO2微粒游散于电解液中而导致的内部短路的产生，电池循环使用寿命延长；能提高正极板的活性物质利用率，延长电池使用时间；不会产生酸雾，绿色环保，解决了酸雾对环境和设备的污染问题。
附图说明
图1为装置原理结构示意图；
图2为淋溶管结构示意图；
图3为移动检测原理示意图；
图4为光路软件控制原理图。
附图标记说明：淋浴支架1；淋浴管2；取样器3；水槽4；蠕动泵5；尿素显色瓶6；硫酸瓶7；酸处理池8；尿素显色池9；蠕动泵10；蠕动泵11；硝酸根稀释池12；蠕动泵13；铵根显色剂池14 ；铵根显色池15；带流动池16；回收池17 ；铅蓄电池18；稀盐酸喷头19；玻璃砂芯2-1；石英砂2-2；石英砂2-3；肥料样品2-4。
具体实施例
下面通过附图和实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统，与淋溶系统相连接的预处理系统和与预处理系统相连接的分析系统，淋浴系统中水槽4通过蠕动泵5与淋浴支架1中的淋浴管2进水口一一相连接，一个淋浴管2的出水口与预处理系统中的酸处理池8入口连接，酸处理池8出口与尿素显色池9入口连接，其余淋浴管2的出水口与取样器3入口一一连接，取样器3出口分别与硝酸根稀释池12入口和铵根显色池15入口相连接，尿素显色池9出口、硝酸根稀释池12出口和铵根显色池15出口分别与分析系统中带流动池16的紫外/可见分光光度计入口一一连接，分析系统中的回收池17分别与带流动池16的出口和取样器3出口连接。上述装置可以实现对同一化肥样品的多种水溶出氮养分或者不同化肥样品的同一种水溶出氮养分进行浓度和质量的快速分析对比，所测数据重复性高；每个测量项目所取得数据量大，有利于绘制养分释放趋势曲线；全自动同时进行多组淋溶实验，实验时间大大缩短，解决了人工测定存在的操作误差大，重复性差的问题。
淋浴管2顶端设有稀盐酸喷头19，稀盐酸喷头19接入有供剂管路。在淋浴管2中化肥水溶氮养分溶出后，其中的氨气容易逸出，造成最后测定的结果不准确，设置稀盐酸喷头19后可有效的将逸出的氨气转化为氯化铵，重新溶于水溶液中，不会造成氮养分的丢失，最后的测定结果准确。水槽4通过蠕动泵11分别与硝酸根稀释池12入口和铵根显色池15入口相连接。当化肥水中硝酸根的浓度过大，超过了分析系统中紫外/可见分光光度计的测定范围，利用蠕动泵11将水槽4中的水打入硝酸根稀释池12，使其在紫外/可见分光光度计的测定范围内，测量结果准确。当尿素显色池9入口通过蠕动泵5与尿素显色瓶6出口连接，尿素显色瓶6接入有供剂管路。酸处理池8入口通过蠕动泵5与硫酸瓶7出口连接，硫酸瓶7接入有供剂管路。铵根显色池15入口通过蠕动泵13与铵根显色剂池14出口连接，铵根显色剂池14接入有供剂管路。上述装备设计能实现试剂添加方便，操作方便，简单。
淋浴管2中设有玻璃砂芯2-1，玻璃砂芯2-1上设有石英砂2-2，待测肥料样品2-4置于管体内石英砂上后再通过石英砂2-3覆盖，高度分别为淋浴管长度的0.02~0.05、0.4~0.6、0.04~0.08和0.1~0.2。作为土柱淋溶介质，能使肥料样品中的水溶氮养分充分溶出，并能防止肥料颗粒飘移。
淋浴支架1设有备用电池18，备用电池为铅蓄电池，停电后也能照常使用。备用电池的电解液成份及其重量份为：27%~37%硫酸溶液80~100份，纳米气相二氧化硅2~5份，聚乙烯吡咯烷酮0.01~0.03份，硫酸钾4~8份，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.1~0.3份，0.3~0.5份磷酸和羟甲基纤维素0.02~0.04份。上述电解液的稳定性高，能有效防止由于PbO2微粒游散于电解液中而导致的内部短路的产生，电池循环使用寿命延长；能提高正极板的活性物质利用率，延长电池使用时间；不会产生酸雾，绿色环保，解决了酸雾对环境和设备的污染问题。
本发明测定的化肥水溶出氮养分包括酰胺态尿素氮、铵态氮、硝态氮。
装置中所有管路均为乳胶管软管管路。
实施例2：
如图1所述，一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统，与淋溶系统相连接的预处理系统和与预处理系统相连接的分析系统，淋浴系统中水槽4通过蠕动泵5与淋浴支架1中的淋浴管2进水口一一相连接，一个淋浴管2的出水口与预处理系统中的酸处理池8入口连接，酸处理池8出口与尿素显色池9入口连接，其余淋浴管2的出水口与取样器3入口一一连接，取样器3出口分别与硝酸根稀释池12入口和铵根显色池15入口相连接，尿素显色池9出口、硝酸根稀释池12出口和铵根显色池15出口分别与分析系统中带流动池16的紫外/可见分光光度计入口一一连接，分析系统中的回收池17分别与带流动池16的出口和取样器3出口连接。上述装置可以实现对同一化肥样品的多种水溶出氮养分或者不同化肥样品的同一种水溶出氮养分进行浓度和质量的快速分析对比，所测数据重复性高；每个测量项目所取得数据量大，有利于绘制养分释放趋势曲线；全自动同时进行多组淋溶实验，实验时间大大缩短，解决了人工测定存在的操作误差大，重复性差的问题。
淋浴管2顶端设有稀盐酸喷头19，稀盐酸喷头19接入有供剂管路。在淋浴管2中化肥水溶氮养分溶出后，其中的氨气容易逸出，造成最后测定的结果不准确，设置稀盐酸喷头19后可有效的将逸出的氨气转化为氯化铵，重新溶于水溶液中，不会造成氮养分的丢失，最后的测定结果准确。水槽4通过蠕动泵11分别与硝酸根稀释池12入口和铵根显色池15入口相连接。当化肥水中硝酸根的浓度过大，超过了分析系统中紫外/可见分光光度计的测定范围，利用蠕动泵11将水槽4中的水打入硝酸根稀释池12，使其在紫外/可见分光光度计的测定范围内，测量结果准确。当尿素显色池9入口通过蠕动泵5与尿素显色瓶6出口连接，尿素显色瓶6接入有供剂管路。酸处理池8入口通过蠕动泵5与硫酸瓶7出口连接，硫酸瓶7接入有供剂管路。铵根显色池15入口通过蠕动泵13与铵根显色剂池14出口连接，铵根显色剂池14接入有供剂管路。上述装备设计能实现试剂添加方便，操作方便，简单。
如图2所示，淋溶管2 包括玻璃材质的管体，管体底部设为进水口，管体顶部设有出水口，管体内靠近底部进水口设置有玻璃砂芯2-1，玻璃砂芯2-1上设有石英砂2-2，待测肥料样品2-4 置于管体内石英砂上后再通过石英砂2-3覆盖，高度分别为淋浴管长度的0.03、0.5、0.06和0.14。作为土柱淋溶介质，能使肥料样品中的水溶氮养分充分溶出，并能防止肥料颗粒飘移。
淋浴支架1设有备用电池18，备用电池为铅蓄电池，停电后也能照常使用。备用电池电解液制备步骤为：在一个不锈钢容器中，先注入400kg的纯水，称取60kg比表面积是200g/m2的纳米气相二氧化硅，将真空泵的一个吸料管插入二氧化硅包装袋内，打开真空泵，开始吸取二氧化硅，接着打开搅拌机，调转速为5000r/min开始剪切搅拌。当吸完二氧化硅后，继续搅拌20min，结束后添加0.45g羟甲基纤维素，得到溶液a。分别称取溶液a50kg，硫酸钾6kg，聚乙烯吡咯烷酮0.02 kg，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.1 kg，磷酸0.3 kg依次放入塑料容器中，接着放入32%硫酸溶液90份，混合后开启搅拌机以3000r/min搅拌30min，用水或酸调整密度1 .326g/cm3( 25℃)，得到电解液。上述电解液的稳定性高，能有效防止由于PbO2微粒游散于电解液中而导致的内部短路的产生，电池循环使用寿命延长；能提高正极板的活性物质利用率，延长电池使用时间；不会产生酸雾，绿色环保，解决了酸雾对环境和设备的污染问题。
本发明测定的化肥水溶出氮养分包括酰胺态尿素氮、铵态氮、硝态氮。
装置中所有管路均为乳胶管软管管路。
本发明中，水槽4 中装有去离子水，淋溶管2 内安装有滤水层，滤水层中间装有待测肥料，由蠕动泵5 从淋溶管2 下口泵入去离子水，对待测肥料进行淋溶；淋溶液从上口经乳胶管管道排出至酸处理池8 再连接至尿素显色池9，或至取样器3 中，按稀释比例从水槽4 和取样器3 中抽取液体进入稀释池12 或铵根显色池15 中，同时分别向算处理酸处理池8和尿素显色池9、铵根显色池15 中泵入硫酸和相应的显色剂，显色后待测溶液自动流入分光光度计流动池16，通过软件( 如图4 所示) 控制各路流动池单独或来回切换测量吸光度，各路流动池检测波长可190nm ～ 1100nm 内随意单独设置，实现各个流动池内的待测肥料进行高频率在线分析，在流动池1，2，3 分别检测NH4 +、尿素、NO3 -将流动池1波长设为420nm，流动池2 波长设为440 nm，流动池3 波长设为700 nm。所取数据通过软件实时显示浓度曲线趋势图，源数据可保存至机内或外接U 盘，测量后的液体收集至回收池17。
停电时，将电源切换为铅蓄备用电池，继续测定。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
玻璃砂芯（2-1）的高度不仅限于淋浴管长度的0.02~0.05，还包括淋浴管长度的0.022或0.024或0.026，……，或0.0496或0.0498或0.05。
石英砂（2-2）的高度不仅限于淋浴管长度的0.4~0.6，还包括淋浴管长度的0.402或0.404或0.406，……，或0.596或0.598或0.6。
待测肥料样品（2-4）的高度不仅限于淋浴管长度的0.04~0.08，还包括浴管长度的0.042或0.044或0.046，……，或0.0796或0.0798或0.08。
石英砂（2-3）的高度不仅限于淋浴管长度的0.1~0.2，还包括浴管长度的0.102或0.104或0.106，……，或0.196或0.198或0.2。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，包括淋溶系统、与淋溶系统相连接的预处理系统和与预处理系统相连接的分析系统，其特征在于：所述的淋浴系统中水槽（4）通过蠕动泵（5）与淋浴支架（1）中的淋浴管（2）进水口一一相连接，一个淋浴管（2）的出水口与所述的预处理系统中的酸处理池（8）入口连接，酸处理池（8）出口与尿素显色池（9）入口连接，其余淋浴管（2）的出水口与取样器（3）入口一一连接，取样器（3）出口分别与硝酸根稀释池（12）入口和铵根显色池（15）入口相连接，尿素显色池（9）出口、硝酸根稀释池（12）出口和铵根显色池（15）出口分别与所述的分析系统中带流动池（16）的紫外/可见分光光度计的入口一一连接，所述的分析系统中的回收池（17）分别与带流动池（16）的出口和取样器（3）出口连接。
2.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的水槽（4）通过蠕动泵（11）分别与硝酸根稀释池（12）入口和铵根显色池（15）入口相连接。
3.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的淋浴管（2）中至下而上设有玻璃砂芯（2-1）、石英砂（2-2）、待测肥料样品（2-4）和石英砂（2-3），高度分别为淋浴管长度的0.02~0.05、0.4~0.6、0.04~0.08和0.1~0.2。
4.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的淋浴管（2）管内上端设有稀盐酸喷头（19），稀盐酸喷头（19）接入有供剂管路。
5.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的尿素显色池（9）入口通过蠕动泵（5）与尿素显色瓶（6）出口连接，尿素显色瓶（6）接入有供剂管路。
6.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的淋浴支架（1）设有备用电池（18），备用电池为铅蓄电池。
7.根据权利要求6所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的备用电池的电解液成份及其重量份为：27%~37%硫酸溶液80~100份，纳米气相二氧化硅2~5份，聚乙烯吡咯烷酮0.01~0.03份，硫酸钾4~8份，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.1~0.3份，0.3~0.5份磷酸和羟甲基纤维素0.02~0.04份。
8.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的酸处理池（8）入口通过蠕动泵（5）与硫酸瓶（7）出口连接，硫酸瓶（7）接入有供剂管路。
9.根据权利要求1所述的一种化肥水溶出氮养分在线检测装置，其特征在于，所述的铵根显色池（15）入口通过蠕动泵（13）与铵根显色剂池（14）出口连接，铵根显色剂池（14）接入有供剂管路。
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