CN107703124A

CN107703124A - 尿素浓度检测方法及尿素浓度在线监测设备

Info

Publication number: CN107703124A
Application number: CN201610643294.9A
Authority: CN
Inventors: 郭永超; 李松森; 王志军
Original assignee: Constant Environment Technology (beijing) Ltd By Share Ltd
Current assignee: Constant Environment Technology (beijing) Ltd By Share Ltd
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2018-02-16

Abstract

本发明涉及一种尿素浓度检测方法及一种尿素浓度在线监测设备，由于二乙酰一肟可在酸试剂下反应生成的丁二酮，丁二酮再与尿素发生反应生成红色物质，通过测量产物在最大吸收波长下的吸光度，可计算得到尿素的浓度。本发明提供的尿素浓度检测方法，产物颜色稳定，且可以避免羟胺干扰，扩大线性的动态范围；本发明提供的尿素浓度在线监测设备，可实现泳池内尿素浓度的现场测量，方便工作人员实时得知游泳池中的尿素浓度变化。

Description

尿素浓度检测方法及尿素浓度在线监测设备

技术领域

本发明涉及仪器分析领域，具体涉及一种尿素浓度检测方法及尿素浓度在线监测设备。

背景技术

由于环境中可导致人类疾病的病原体数以万计，拿标本来检测每一种病原体根本不现实。通常只检测一些敏感指标，比如说氯含量、尿素含量、大肠菌群等。这些指标本身不一定致病，但可在一定程度上表明相关环境的净化措施。

游泳池中水质不能被有效循环净化或游泳池补水量、补水频率不够的情况下容易导致游泳池中尿素含量偏高；同时，在游泳人数众多的情况下，人体的汗液里含有的尿素也会排入池中。

游泳池的尿素本身不会致病，但是池水里检出一定量的尿素，说明该游泳池池水更换不及时，很可能混入病原体即可导致疾病传播。

目前尿素检测方法，主要有国家标准方法《GBT 18204.29-2000 游泳水中尿素测定方法》和美国哈希厂家实验室流动分析仪尿素分析方法《水质尿素10-206-00-1-A》。此两种方法因进样方式受限、显色时间短等原因只能在实验室使用，而不能在游泳池现场在线监测使用。目前尿素的在线监测方法，一般采用密度计间接测量，仅限于工业主要是化肥行业，因其行业内尿素溶液浓度高，故可用密度反应其浓度。但是对于游泳池尿素来讲，密度计灵敏度低、检出浓度高，

并且，现有的检测泳池内尿素含量的设备仅能在实验室使用，不能在泳池现场采用，因此，不能适用于泳池现场的连续测量，除此之外，游泳池因其营业时间的限制，在非营业时间是不需要开机测量的，否则会浪费试剂、出现无意义的数据。

综上，现有的尿素浓度检测方法，存在测量精度低，不适于泳池内尿素测量的缺陷；现有的泳池尿素检测设备，存在无法在泳池现场采用，无法实现连续测量的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术的不足，提供一种测量精度高，且方便在泳池现场连续测量的尿素浓度测量方法及设备，本发明提供了一种尿素浓度检测方法，包括如下步骤：

S1：制备尿素标准溶液，利用尿素溶液或固体尿素配制一定浓度梯度的尿素标准溶液；

S2：配制显色剂，所述显色剂为含有一定浓度二乙酰一肟和硫代氨基脲的溶液；

S3：配制酸试剂，利用硫酸和磷酸配制酸试剂，以用于缓冲溶液酸碱度的变化；

S4：测量不同浓度尿素标准溶液的吸光度，制备标准曲线；

S5：将欲测量的尿素溶液与显色剂和酸试剂混合反应，测量产物的吸光度，代入标准曲线中，计算出尿素浓度。

其中，前述步骤S1中，尿素标准溶液的溶剂为去离子水，浓度介于1-5mg/L。

其中，前述显色剂中，溶剂为去离子水，二乙酰一肟的浓度介于10g/L-20g/L，硫代氨基脲的浓度介于0.1g/L-0.2g/L。

其中，前述酸试剂中，溶剂为去离子水，硫酸的浓度介于500g/L-700g/L，磷酸的浓度介于150g/L-250g/L，且酸试剂中含有浓度介于0.03g/L-0.06g/L的氯化铁，以避免反应产生的羟胺干扰。

本发明另外提供了一种尿素浓度在线监测设备，包括功能模块和控制模块，所述功能模块包括：

液路采样模块，用于自动抽取欲反应的试剂；

化学反应模块，与液路采样模块连接，用于使抽取后的试剂进行反应；

光电监测模块，与化学反应模块连接，用于比色测量反应后的溶液的吸光度；

信号处理模块，与光电监测模块连接，用于存储反映不同浓度尿素标准溶液的吸光度的标准曲线，并根据标准曲线以及光电监测模块所测量的溶液的吸光度计算出尿素浓度；

数据传输模块，与信号处理模块和显示模块连接，用于将信号处理模块计算出的尿素浓度传输至显示模块并经显示模块显示；

所述控制模块与功能模块连接，用于根据设定的工作周期在预定时间点控制功能模块进入工作状态。

其中，所述功能模块还包括数据存储模块，所述数据存储模块与信号处理模块连接，用于存储信号处理模块得到的尿素浓度数据。

其中，还包括自动清洗模块，所述自动清洗模块与控制模块和功能模块中的光电监测模块、化学反应模块以及液路采样模块连接，用于在每个测量周期结束后，清洗化学反应模块、光电监测模块以及液路采样模块的接口部分。

其中，还包括断电保护模块，所述断电保护模块与控制模块、自动清洗模块和功能模块连接，用于在断电时自动保存数据，并在来电后自动排出所述尿素浓度在线监测设备中的残余液体，并使所述尿素浓度在线监测设备自动恢复工作状态。

其中，前述液路采样模块包括试剂泵和水样泵，分别用于抽取预定量的试剂和游泳池水样。

其中，前述试剂泵和水样泵均采用滚轴式蠕动泵。

其中，前述化学反应模块包括反应混合室或消解池。

本发明提供的尿素浓度检测方法，产物颜色稳定，且可以避免羟胺干扰，扩大线性的动态范围，提高测量精度；本发明提供的尿素浓度在线监测设备，可实现泳池内尿素浓度的现场测量，方便工作人员实时得知游泳池中的尿素浓度变化。

附图说明

图1：本发明的尿素浓度在线监测设备的模块图。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面配合详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。

本发明提供了一种尿素浓度检测方法，包括：

S1：制备标准溶液，利用购买的尿素溶液或固体尿素配制一定浓度梯度的尿素标准溶液；

S2：配制显色剂，所述显色剂为含有一定浓度二乙酰一肟和硫代氨基脲的溶液；硫代氨基脲的加入，能够使产物颜色稳定、不易褪色，从而保证了测量精度，扩大了线性动态范围，从而解决了现有的尿素浓度检测方法显色时间短、只能在实现室使用的缺陷；

S3：配制酸试剂，利用硫酸和磷酸配制酸试剂，磷酸和硫酸提供给溶液一定的缓冲区间，能够缓冲溶液酸碱度的变化；

S4：测量不同浓度尿素标准溶液的吸光度，制备标准曲线；

较优的，所述步骤S1中，尿素标准溶液的溶剂为去离子水，浓度介于1-5mg/L。

具体的，例如可通过下述步骤配备标准溶液：

S11：在1L容量瓶中溶解0.1000g尿素于约800mL去离子水，加入0.1mL氯仿，加水定容稀释至刻度，得到100ug/mL的母液；

S12：稀释母液得到各浓度梯度的标液。

本发明中，所配制的标准溶液，既可以用于后期制备标准曲线，也可以用于仪器的自动校准。

较优的，所述显色剂中，溶剂为去离子水，二乙酰一肟的浓度介于10g/L-20g/L，硫代氨基脲的浓度介于0.1g/L-0.2g/L。

具体的，例如可通过下述步骤配备显色剂：

S21：配制二乙酰一肟溶液：称取34.44g二乙酰一肟溶于800mL去离子水中，定容至1000mL，混匀后保存于棕色瓶，避光阴凉保存；

S22：配制硫代氨基脲溶液：称取0.344g硫代氨基脲溶于1000mL去离子水中，混匀后保存于棕色瓶中；

S23：在500mL棕色瓶中，分别加入250mL二乙酰一肟和250mL硫代氨基脲溶液，混匀；有条件的，可以用140kpa高纯氦气脱气1分钟。显色剂一般有效期20d左右。

较优的，所述酸试剂中，溶剂为去离子水，硫酸的浓度介于500g/L-700g/L，磷酸的浓度介于150g/L-250g/L，且酸试剂中含有浓度介于0.03g/L-0.06g/L的氯化铁，氯化铁给溶液提供的三价铁离子能够避免反应产生的羟胺干扰。

具体的，例如可通过下述步骤配备酸试剂：

S31：在1L烧杯中，缓缓加入327mL硫酸于约500mL去离子水中；

S32：再加入128mL的85%磷酸于硫酸-水溶液中；

S33：再加入0.055g氯化铁，用去离子水定容至1000mL。

图1为本发明的尿素浓度在线监测设备的模块图，如图所示，基于上述尿素浓度检测方法，本发明另外提供了一种尿素浓度在线监测设备，包括功能模块和控制模块，所述功能模块包括：

本发明提供的尿素浓度在线监测设备，可灵活地设置测量周期和时间，具体实施时，可有以下两种测量方式供选择：

（1）连续测量：每测量周期（如半小时）内测量一次，出1个数据，可设置开始与结束时间，比如08：00-18：00，在这个设置的时间段内进行测量，其他时间不测量；

（2）自定义测量时间：将每天的24h分成48个时间点，可供勾选，设备在勾选的时间点开始测量；其余时间都待机。

本发明的功能模块，于具体实施时，光电监测模块可测量浓度范围介于0-4.00mg/L的尿素；当欲测量的尿素浓度介于0.5-1.0mg/L时，测量误差介于±0.1mg/L；当欲测量的尿素浓度介于1.0-4.0mg/L时，测量误差介于±10%。

较优的，还包括数据存储模块，所述数据存储模块与信号处理模块连接，用于存储信号处理模块得到的尿素浓度数据；具体的，在设备于不同监测周期的预定时间点对尿素浓度进行测量时，数据存储模块可以存储各个时间点的尿素浓度数据，以方便工作人员了解泳池内尿素浓度的变化趋势。

较优的，本发明还包括自动清洗模块，所述自动清洗模块与控制模块和功能模块中的光电监测模块、化学反应模块以及液路采样模块连接，用于在每个测量周期结束后，清洗光电监测模块、化学反应模块以及液路采样模块的接口部分，以避免上一测量周期的废液影响下一测量周期的数据。

自动清洗的设置同校准，优先级高于校准；也即，若自动清洗与自动校准有时间重复，则清洗结束后进行一次校准。

较优的，本发明还包括断电保护模块，所述断电保护模块与控制模块、自动清洗模块和功能模块连接，用于在断电时自动保存数据，并在来电后自动排除残余液体，并自动恢复工作状态，以避免因断电造成数据测量中断。

本发明提供的尿素浓度在线监测设备，还可自动抽取标准液和试剂进行校准，例如可设置自动校准间隔为1天-7天。

校准的优先级高于测量；根据测量开始时间和校准过程的时间长度，判断当前时间：若开始测量，是否会遇到校准过程，若会，则先校准，校准完成后再根据正常设定来决定以后是校准还是其他动作。

本发明中，用于自动清洗的清洗液，较佳为浓度介于40-60g/L的氯化钠溶液。

较优的，所述液路采样模块包括试剂泵和水样泵，分别用于抽取预定量的试剂和游泳池水样。具体实施时，水样泵定量抽取游泳池中的水，试剂泵定量抽取显色剂和酸试剂。所述试剂泵和水样泵较佳均采用滚轴式蠕动泵。全部采用蠕动泵的设计，相比于蠕动泵加注射泵的设计，减少了一种配件，从而使得在设备生产过程中能够减少物料种类，增加同种物料数量，降低单位配件采购成本，降低维护难度（只需要学习一种配件的故障判断方法、更换方法即可），另外，通过更换不同管径的泵管，就可以实现不同试剂量的吸取，从而可能实现设备测量量程的变化，增加设备的适用范围。

较优的，所述化学反应模块包括反应混合室或消解池，化学反应模块接收了液路采样模块中水样泵和试剂泵抽取的溶液，并使其在所包括的混合室或消解池内反应，以生成产物4，5 —二甲基-2 咪唑酮，具体的，显色剂中的二乙酰一肟在酸性溶液中被水解为丁二酮(双乙酰)，丁二酮再与游泳池中的尿素反应生成产物4，5 —二甲基-2 咪唑酮；反应过程中，显色剂中的硫代氨基胺用于稳定产物颜色，同时，由于酸试剂中含有三价铁离子，因此有效除去了反应产生的羟胺干扰。

具体实施时，由于消解反应在110摄氏度左右下进行，因此，化学反应模块内的反应温度应控制在100-120摄氏度。

较优的，所述显示模块为触摸屏。

具体实施时，显示模块显示的计算结果精确到小数点后两位，第二位小数由实际计算结构四舍五入；根据吸光计算结果，实际计算值为负数时显示为0.00；超出4.00mg/L时，显示理论计算结果，并给予“超上限”报警；超过5.00mg/L 时，显示≥5.00。

本发明提供的尿素浓度在线监测设备，还可以另外设有警报装置（图未示），用于抽取不到试剂或校准不通过时，于显示模块上显示相应信息；例如，可于抽取不到试剂时，在显示模块上显示“无……试剂”，从而可以通知操作人员及时补充试剂；于校准不通过时，显示“校准失败”，从而可以通知操作人员继续校准。

综上，本发明提供的尿素浓度检测方法及其尿素浓度在线监测设备，具有下述优点：

1、通过在显色剂中加入硫代氨基脲，使产物颜色稳定、不易褪色，从而保证了测量精度，扩大了线性动态范围，解决了现有的尿素浓度检测方法显色时间短，只能在实验室使用的缺陷，将尿素浓度检测从实验室推向泳池，实现了泳池的在线监测。

2、通过在酸试剂中加入三价铁离子，可以避免反应产生的羟胺干扰。

3、通过设置断电保护模块，可以在断电时自动保存数据，并在来电后自动排除残余液体，并自动恢复工作状态，从而可以避免因断电造成数据测量中断。

4、通过设定控制模块，使设备能在固定时间段内根据设定周期连续测量游泳池内的尿素浓度，同时也使工作人员可根据实际需要测定周期，方便工作人员实时得知游泳池中的尿素浓度变化。

5、通过设定滚轴式蠕动泵，使得在设备生产过程中能够减少物料种类，增加同种物料数量，降低单位配件采购成本，降低维护难度。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种尿素浓度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S4：测量不同浓度尿素标准溶液的吸光度，制备标准曲线；

2.如权利要求1所述的尿素浓度检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，尿素标准溶液的溶剂为去离子水，浓度介于1-5mg/L。

3.如权利要求1所述的尿素浓度检测方法，其特征在于，所述显色剂中，溶剂为去离子水，二乙酰一肟的浓度介于10g/L-20g/L，硫代氨基脲的浓度介于0.1g/L-0.2g/L。

4.如权利要求1所述的尿素浓度检测方法，其特征在于，所述酸试剂中，溶剂为去离子水，硫酸的浓度介于500g/L-700g/L，磷酸的浓度介于150g/L-250g/L，且酸试剂中含有浓度介于0.03g/L-0.06g/L的氯化铁，以避免反应产生的羟胺干扰。

5.一种尿素浓度在线监测设备，包括功能模块和控制模块，其特征在于，所述功能模块包括：

液路采样模块，用于自动抽取欲反应的试剂；

6.如权利要求5所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，所述功能模块还包括数据存储模块，所述数据存储模块与信号处理模块连接，用于存储信号处理模块得到的尿素浓度数据。

7.如权利要求5或6所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，还包括自动清洗模块，所述自动清洗模块与控制模块和功能模块中的光电监测模块、化学反应模块以及液路采样模块连接，用于在每个测量周期结束后，清洗化学反应模块、光电监测模块和液路采样模块接口部分。

8.如权利要求7所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，还包括断电保护模块，所述断电保护模块与控制模块、自动清洗模块和功能模块连接，用于在断电时自动保存数据，并在来电后自动排出所述尿素浓度在线监测设备中的残余液体，并使所述尿素浓度在线监测设备自动恢复工作状态。

9.如权利要求5-6、8中任一项所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，所述液路采样模块包括试剂泵和水样泵，分别用于抽取预定量的试剂和游泳池水样。

10.如权利要求9所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，所述试剂泵和水样泵均采用滚轴式蠕动泵。

11.如权利要求5-6、8中任一项所述的尿素浓度在线监测设备，其特征在于，所述化学反应模块包括反应混合室或消解池。