CN107305170A - 一种用于环境检测的便携式多功能样品处理仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于环境检测的便携式多功能样品处理仪，以空气和水样品为处理对象，空气中气态物质经过气样采集、反应转化和捕集吸收过程，而水中有害有毒物质经过转化、载气吹脱和捕集吸收过程，吸收液直接检测即可用于定量分析。该仪器由气体通路和控制电路联成一体，协同工作，气体通路主要由采气泵、流量计、洗气管、反应管和吸收管组成，而控制电路主要由锂电源、时间继电器、照明灯、控制按钮等通过导电线连接而成。该仪器既可作为空气采样器使用，用于空气中甲醛、氨、硫化氢、氰化氢、挥发酚、二氧化硫、氮氧化物、汞等气态物质的采样和吸收，也可用于水体、食品等多种介质中汞、砷、锑、氰化物、硫化物等多种物质的提取和富集处理。仪器结构设计巧妙，体积小、重量轻，操作方便、高效。采用直流供电，可随身携带，尤其适合于野外和现场使用。

Description

一种用于环境检测的便携式多功能样品处理仪

技术领域

本发明为一种用于空气和水质环境检测的便携式样品处理装置，属于环境检测领域。

背景技术

近年来，我国空气、水体、土壤污染问题愈加突出，造成的生态安全和人们健康问题越来越严重。华北多地区长期雾霾笼罩，化工厂有毒废气排放导致纠纷和社会稳定问题，重金属废水污染河流、地下水、土壤和农作物，天津港危险化学品仓库爆炸引起氰化物泄露，汽车尾气引起城市铅和有机污染，室内装修造成甲醛和苯污染等等。空气和水体污染的扩展已严重影响到人类赖以生存的环境。

空气污染检测是防治污染的首要任务，通过对采样气体分析，及时了解环境被有害气体污染的程度，并向有关主管部门提供污染的实际情况，以采取对策，从而保障人们健康的生活环境。大气采样是大气环境监测的重要步骤，采集大气样品的方法主要有两类:一类是使大量空气通过液体吸收剂或固体吸附剂,以吸收或阻留污染物，把原来大气中浓度较低的污染物富集起来，如抽气法、滤膜法，吸收剂必须能与污染物发生快速的化学反应或能把污染物迅速地溶解，并便于进行分析操作。例如空气中氟化氢、氯化氢可用水作为吸收剂，甲醛用酚试剂溶液为吸收剂，氰化氢用NaOH溶液为吸收剂，硫化氢用乙酸铅溶液为吸收剂，二氧化硫可用四氯汞钠为吸收剂，甲拌磷(3911)、内吸磷(1059)等有机磷农药甲醇溶液为吸收剂等等。另一类用玻璃瓶、塑料袋等容器直接采集空气，适用于污染物浓度较高，或不易被液体吸收剂吸收的气态物质。大气采样器种类很多，一般由收集器、流量计和抽气动力系统组成，包括环境采样器、室内采样器和污染源采样器（如烟囱采样器）。目前，以大气采样器等环保仪器为生产产品的企业越来越多。随着科学技术的不断进步，大气采样器不断推出新品，如智能型大气采样器、防爆大气采样器、双气路大气采样器等等。智能综合大气采样器主要用来采集环境大气中的（TSP、PM10、SO2、NOX）空气样品，适用于环境监测、厂矿、劳动卫生、科学研究等，恒流采样器是对建筑工程室内空气中的甲醛、氨、苯、TVOC等污染物进行采样的仪器。传统的大气采样器往往体积大，比较笨重，需要交流电工作，携带和使用不方便，而且采集的吸收液需要运输到实验室进一步检测，数据滞后严重，对污染及时识别、监控和环境管理极为不利。

长期以来，水质检测一直是环境监测工作的重中之重，尤其是对汞、氰化物、挥发酚、Cr(VI)、砷、农药、POPs等高毒性污染物的分析检测更为重要和频繁。由于环境水样常常组成复杂，以及方法灵敏度的限制，样品往往须经过前处理去除干扰或浓缩富集处理。样品处理技术包括蒸馏、共沉淀、吸附、萃取、膜分离、吹扫捕集等技术，传统的方法如索氏抽提、液液萃取、超声波萃取等，主要缺点包括劳动强度大、手工操作周期长、操作繁琐。样品前处理过程是决定分析检测速度和结果准确性的关键步骤，一个完整的样品分析包括样品采集、样品处理、分析测定、数据处理、报告结果等步骤，其中，样品处理所需的时间最长，约占整个分析时间的三分之二。通常完成一个样品的测试只需几小时甚至几个小时。对于组成复杂的环境样品，繁琐的前处理步骤显然不能满足分析需要。

基于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》环境领域中优先主题“全球环境变化监测与对策”中指出“重点研究开发大尺度环境变化准确监测技术”的宏观要求，并且依据《国家环境保护“十一五”科技发展规划》中“环境监测与信息管理”中“加强现代采、制样技术和现代环境监测分析技术研究，重点加强环境优先污染物的痕量、超痕量监测分析技术”的明确导向，因此，研发便携式采样技术和简便、快速预处理方法，既符合我国环保技术发展形势，也对减轻劳动强度、及时了解污染情况和环境管理有重要意义。

发明内容

本发明提出一种便携式多功能样品处理仪，以空气和水为处理对象，空气中气态物质经过气体采集、转化反应和捕集吸收，水中物质经过转化反应、载气吹脱和捕集吸收，直接检测吸收液即可用于定量分析；便携式多功能样品处理仪由气体通路和控制电路组成，结构和连接方法如下，

气体通路由导气软管（6和17）和转接头将采气泵（16）、流量计（14）、单向阻流阀（7和18）、洗气管（15）、反应管（8）、气泡石（12）和吸收管（21）连接起来，吸收管（21）内安装两片多孔筛板（22和23），将中层的微孔滤膜（24）压紧，将吸收管（21）插入到导气软管（6）孔槽内，将遮光罩（25）罩住洗气管（15）和反应管（8），控制电路由导电线将电源开关（20）、复位按钮（2）、暂停按钮（4）、时间继电器（3）、照明按钮（18）和LED照明灯（9）珠连接起来，时间继电器（3）、单向阻流阀（7和18）、反应管（8）、LED照明灯珠（9）、锂电池组（11）、流量计（14）、洗气管（15）、采气泵（16）和导气软管（17）安装固定在凹形仪器外壳（1）的封闭空间内，流量计旋钮（13）和流量计（14）面板暴露在仪器外壳（1）的凹槽内，复位按钮（2）、暂停按钮（4）、充电插座（5）、照明按钮（19）和电源开关（20）安装到仪器外壳（1）顶面板上，导气软管（6）从反应管（8）的盖孔引出到仪器外壳（1）顶面板上，气泡石（12）置于反应管（8）内，遮光罩（25）盖住仪器外壳（1）的凹槽；采气时间通过与时间继电器（3）相连接的复位按钮（2）和暂停按钮（4）设定，进气流量通过流量计旋钮（13）调节流量计（14）设定，揿照明按钮（19）开启LED照明灯珠（9），夜晚工作时能随时观察采气泵（16）、流量计（14）、洗气管（15）和反应管（8）的工作状态。

本发明的便携式多功能样品处理仪具有以下特点：

1，该仪器结构设计巧妙，体积小、重量轻，可随身携带。制造工艺简单，采用直流供电，操作安全方便，尤其适合于野外和现场使用。

2，该仪器用途广泛，效率高，既可以用作空气采样器，用于空气中甲醛、氨、硫化氢、氰化氢、挥发酚、汞、二氧化硫、氮氧化物等气态物质的采样和吸收，也可用于水体、食品等介质中砷、汞、锑、氰化物、硫化物等提取和富集预处理，配合测量仪即可完成现场快速检测。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图

其中

1—仪器外壳、2—复位按钮、3—时间继电器、4—暂停按钮、5—充电插座、6和17—导气软管、7和18—单向阻流阀、8—反应管、9—LED照明灯珠、10和26—进气孔、11—锂电池组、12—气泡石、13—流量计旋钮、14—流量计、15—洗气管、16—采气泵、19—照明按钮、20—电源开关、21—吸收管、22和23—多孔筛板、24—微孔滤膜、25—遮光罩。

具体实施方式

实施例1

请看图1

用导气软管17将采气泵16、流量计14、洗气管15的双孔盖、反应管8的双孔盖、单向阻流阀7和18通过塑料转接头连接起来，与时间继电器3、LED照明灯珠9一并安装固定在用硬质塑料板材搭建的凹形仪器外壳1的上部封闭空间内，使流量计旋钮13和流量计14面板暴露在仪器外壳1的凹槽内。复位按钮2、暂停按钮4、电源开关20、照明按钮19、充电插座5安装到仪器外壳1顶面板上，其电路连接线置于凹形仪器外壳1的上部封闭空间内。导气软管6从反应管8上盖孔引出到仪器外壳1面板上1~2cm。锂电池组11安装固定在凹形仪器外壳1的后部封闭空间内，输入端线与充电插座5相接，输出端线与电源开关20、时间继电器3、照明按钮19、LED照明灯珠9相接。将气泡石12与导气软管17连接好，将洗气管15和反应管8分别旋紧到对应的双孔盖里，暴露于仪器外壳1的凹槽内。

采气泵为370型，输入电压12~24v，最大气流量2L/min，产地：日本。

空气流量计为LZM-4T型，面板式，流量0~1L/min，购于广州市华程机电设备有限公司。

时间继电器为DP4830S型，面板式，时间控制范围0~99h，工作电压为DC12v或24v，购于珠城微控制产品店。

吸收管为阶梯式固相萃取柱，6~12ml，聚丙烯材质，购于天津博纳艾杰尔科技有限公司。

多孔筛板为直径6~12mm、厚1~2mm、孔径10~50um，聚乙烯材质，购于天津博纳艾杰尔科技有限公司。

微孔滤膜为直径6~12mm、孔径0.22~0.45um，聚四氟乙烯材质，海宁市创伟过滤设备器材厂生产。

锂电池组为DC12300型，容量3000~5200mAh，输入110~220v/输出6~24v，购于深圳乐得电子科技有限公司。

其他包括洗气管（10~30ml，玻璃材质）、反应管（30~50ml，玻璃材质）、导气软管（内径2~15mm，PVC、PA或PE材质）、单向阻流阀、气泡石、塑料转接头、LED照明灯珠、按钮、开关、充电插座、电源适配器（输入220v/输出6~24v）、导电接线等均由国内市场购置。

实施例2：按照实施例1所设计安装的装置的操作方法

当用于空气采样时，首先按复位按钮2和暂停按钮4设定采样时间0~60分钟，将3~5ml吸收液加入吸收管21，并插入导气软管6孔槽，向洗气管15加入3~5ml转化剂，将洗气管15与反应管8分别安装到位；打开电源开关20，采气泵16开始工作，调节流量计旋钮13，控制流量计14恒定在流量0.1~0.5L/min，用遮光罩25盖住凹槽，使洗气管15和反应管8避光，空气通过进气孔26和10进入仪器直到吸收管21，待测气态物质被吸收液捕集。当时间继电器3到达设定时间，采气泵16自动停止，吸收液通过仪器检测即得空气中待测物质浓度。当用于水样预处理时，首先按复位按钮2和暂停按钮4设定工作时间0~60分钟，分别向吸收管21和洗气管15加入3~5ml吸收液，向反应管8加入10~40ml水样，再加入反应试剂，使待测物质转化为挥发性物质。将吸收管21插入导气软管6孔槽，将洗气管15与反应管8分别安装到位，用遮光罩25盖住凹槽，使洗气管15和反应管8避光。打开电源开关20，采气泵16开始工作，调节流量计旋钮13，控制流量计14恒定在0~0.5L/min，空气通过进气孔26和10进入洗气管15，除去干扰后的载气经过反应管8，将水样中挥发性物质带入吸收管21，被吸收液捕集。当时间继电器3到达设定时间，采气泵16自动停止，吸收液通过仪器检测即得水样中待测物质浓度。

实施例3：室内甲醛采样与检测

按实施例1所述方法安装仪器，置于某居民家庭新装修一周的客厅中，按复位按钮2和暂停按钮4设定空气采样时间20分钟。取0.005%酚试剂溶液5ml于吸收管21中，插入导气软管6孔槽，将干燥的洗气管15与反应管8安装到位，打开电源开关20，调节流量计旋钮13，控制流量计14的气流量0.25L/min，盖上遮光罩25。当时间继电器3到达设定时间20min时，采气泵16自动停止。取下吸收管，将吸收液倒入10ml玻璃试管，加入4mg硫酸铁铵固体，摇匀溶解，静置15分钟，转移到比色池，利用分光光度计测量。结果表明：该居民家庭客厅中甲醛浓度为0.618mg/m³，与按照大气甲醛标准检测方法（GB/T18204.26-2000）的采样检测结果0.578mg/m³一致。从采样到检测仅45min，比标准采样检测方法的操作周期缩短了30min。此外，该检测仪整箱仅重2kg，能随身携带和移动，十分方便。

实施例4：冶金废水中砷的检测

按实施例1所述方法安装仪器，首先按复位按钮2和暂停按钮4设定工作时间8分钟，向吸收管21和洗气管15各加入3ml硝酸银（0.01%）-PVA-乙醇溶液，向反应管8加入30ml某冶金废水，再加入浓硫酸2ml，将洗气管15与反应管8安装到位，盖上遮光罩25，从导气软管6孔槽加入一片硼氢化钾（10%）-氯化钠压片（0.5~0.6g），立即将吸收管21插入软管6孔槽内，打开电源开关20，调节气流量0.05L/min。当时间继电器3到达设定时间8min时，采气泵16自动停止。将吸收液转移到比色池，利用分光光度计测量。结果表明：冶金废水中砷浓度为0.102mg/L，与按照砷标准检测方法（GB 11900-89）的检测结果0.111mg/L基本一致。而且，整个检测过程仅15min，分析周期比标准方法缩短了20min。

Claims (1)

1.一种用于环境检测的便携式多功能样品处理仪，其特征在于：以空气和水为对象，空气中气态物质经过气体采集、转化反应和捕集吸收，或水中物质经过转化反应、载气吹脱和捕集吸收，直接检测吸收液即可用于定量分析；所述便携式多功能样品处理仪由气体通路和控制电路组成，气体通路由导气软管（6和17）和转接头将采气泵（16）、流量计（14）、单向阻流阀（7和18）、洗气管（15）、反应管（8）、气泡石（12）和吸收管（21）连接起来，吸收管（21）内安装两片多孔筛板（22和23），将中层的微孔滤膜（24）压紧，将吸收管（21）插入到导气软管（6）孔槽内，将遮光罩（25）罩住洗气管（15）和反应管（8），控制电路由导电线将电源开关（20）、复位按钮（2）、暂停按钮（4）、时间继电器（3）、照明按钮（18）和LED照明灯（9）珠连接起来，时间继电器（3）、单向阻流阀（7和18）、反应管（8）、LED照明灯珠（9）、锂电池组（11）、流量计（14）、洗气管（15）、采气泵（16）和导气软管（17）安装固定在凹形仪器外壳（1）的封闭空间内，流量计旋钮（13）和流量计（14）面板暴露在仪器外壳（1）的凹槽内，复位按钮（2）、暂停按钮（4）、充电插座（5）、照明按钮（19）和电源开关（20）安装到仪器外壳（1）顶面板上，导气软管（6）从反应管（8）的盖孔引出到仪器外壳（1）顶面板上，气泡石（12）置于反应管（8）内，遮光罩（25）盖住仪器外壳（1）的凹槽；采气时间通过与时间继电器（3）相连接的复位按钮（2）和暂停按钮（4）设定，进气流量通过流量计旋钮（13）调节流量计（14）设定，揿照明按钮（19）开启LED照明灯珠（9），夜晚工作时能随时观察采气泵（16）、流量计（14）、洗气管（15）和反应管（8）的工作状态。