CN108405197A - 液体分析系统以及液体分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够连续且自动地对液体进行分析的液体分析系统。液体分析系统(1)具备：采液泵(100)，其吸引口(101)设置于液体中，汲取液体；离心分离器(220)，其与采液泵(100)流体连接，通过离心力将由采液泵(100)汲取的液体分离成异物和试样水；以及分析装置主体(400)，其与离心分离器(220)流体连接，对从离心分离器(220)送来的试样水进行分析。

Description

液体分析系统以及液体分析方法

技术领域

本发明涉及液体分析系统以及液体分析方法。

背景技术

利用各种各样的方法来进行河水、湖水、海水、或工厂排水等的水质分析。尤其是，为了对溶解与水中的物质进行分析，需要在分析前去除悬浮或浮游的异物。例如，在专利文献1中，公开了一种在通过过滤器去除悬浮或浮游的异物之后进行试样液分析的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/66003号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1所公开的这种液体分析中，从海或湖等采集作为试样的液体，需要将采集到的液体放入分析装置。因此，无法自动地进行液体分析。另外，在专利文献1所公开的这种液体分析中，使用孔眼非常细小的过滤器。但是，在供分析的液体中混入有固体物质(砂粒等)、枯叶、或海藻等各种大小的异物，因此在使用这种孔眼细小的过滤器时，过滤器会发生堵塞。因此，需要在每次分析时更换过滤器，无法连续地进行液体分析。

本发明所要解决的课题在于提供一种能够自动且连续地进行液体分析的液体分析系统。

用于解决课题的技术方案

本发明的液体分析系统具备：采液泵，其设置于液体中，汲取所述液体；离心分离器，其与所述采液泵流体连接，通过离心力将由所述采液泵汲取的所述液体分离成异物和试样液；以及分析装置主体，其与所述离心分离器流体连接，对从所述离心分离器送来的所述试样水进行分析。

根据该构成，从河水、湖水、海水、或工厂排水等的液源至分析装置主体，各构成要素流体连接，即构成为串接(in line)。因此，能够使从液源采集液体、从液体去除异物、对去除了异物的液体进行分析这一系列的流程自动化，即能够自动地进行液体分析。另外，为了去除异物不使用过滤器而使用离心分离器，因此无需更换过滤器，能够连续地进行液体分析。

所述离心分离器还可以具备：旋转容器，其能够储存汲取的所述液体，并能绕中心轴旋转；以及结构体，其在所述旋转容器内与所述中心轴同心地配置，具有相对于所述中心轴对称的形状，并在侧部设有采集用于向所述分析装置主体输送的所述试样水的采集口。

根据该构成，通过在旋转容器内与中心轴同心地设置结构体，能够防止在旋转容器内在中心轴附近包含通常应该会出现的气泡的漩涡的发生。在中心轴附近产生包含气泡的漩涡时，在采水时卷入气泡可能导致分析中出现问题。因此，能够防止这种情况是有效的。另外，在通过离心力分离异物时，根据异物的比重的不同，异物汇集的位置不同。具体而言，在旋转容器的内壁附近区域比重相对较大的异物汇集，在旋转容器的中央的结构体的下方区域，比重相对较小的异物汇集。因此，通过在结构体的侧部设置采集口，避开旋转容器的内壁附近区域、旋转容器的中央的结构体的下方区域，即，能够将异物未汇集的部分的液体作为试样水来采集。

所述结构体的下端位置可以是在所述旋转容器内由规定量的所述液体充满时的液体深度的10～90％的位置。另外，所述结构体的最大直径可以是所述旋转容器的内径的10～90％。

根据该构成，在中心轴的轴向，在避开旋转容器内的液面上漂浮的异物和被汇集在旋转容器内中央的下方区域的比重相对较小的异物的位置设有采集口，因此能够得到去除了异物的试样水。另外，在中心轴的径向，在避开汇集在旋转容器的内壁附近区域的比重相对较大的异物和汇集在旋转容器的中央的结构体的下方区域的比重相对较小的异物的位置设有采集口，因此能够得到去除了异物的试样水。

可以在所述旋转容器的下部设有排液口。可以在所述旋转容器的下部设有注液口。

根据这些构成，在旋转容器的下部设有注液口，因此在将液体注入旋转容器时，液体不会剧烈地流下，能够防止旋转容器内的液体受到搅拌。因此，能够防止试样水与异物被混合。另外，在旋转容器的下部设有排液口，因此在从旋转容器排出液体时，能够清洗旋转容器的内表面，进而能够防止异物残留在旋转容器内。

可以在所述旋转容器的上部中央设有清洗液的注入口，并且所述结构体的上部可以具有圆锥形状。

根据该构成，在旋转容器的上部中央设有清洗液的注入口，因此能够从上部注入清洗液。而且，由于结构体的上部具有圆锥形状，因此从注入口注入的清洗液与结构体的上部的圆锥形状碰撞，朝向旋转容器的内壁飞散。因此，能够通过在旋转容器的内壁飞散的清洗液进行清洗。

所述液体分析系统还可以具备用于对介于所述旋转容器与所述分析装置主体之间的所述试样水进行过滤的过滤器。

根据该构成，通过过滤器能够去除利用离心分离器没有完全分离的异物。另外，将过滤器设于离心分离器的下游，预先去除了成为过滤器的堵塞的原因的异物，因此能够抑制过滤器的堵塞。即，与仅设置过滤器的情况相比，能够延长更换直至更换过滤器的时间，能够延长连续运转时间。

所述液体分析系统还可以具备：进液泵，其从所述旋转容器吸出所述试样水并向所述分析装置主体输送；以及控制装置，其具有过滤器清扫控制部，所述过滤器清扫控制部对所述进液泵进行控制，以使已通过所述过滤器的滤液间歇性地倒流。

根据该构成，利用通过了过滤器的滤液，能够清洗过滤器，因此能够抑制过滤器的堵塞。因此，与不采取任何措施的情况相比，能够延长直至更换过滤器的时间，能够延长连续运转时间。

所述液体分析系统还具备控制装置，所述控制装置具有旋转时进液控制部，所述旋转时进液控制部在所述旋转容器的旋转过程中驱动所述进液泵从所述旋转容器吸出所述试样水，并向所述分析装置主体输送。

即使通过离心分离对悬浮物等进行分离，若停止旋转容器的旋转，则分离后的异物会再次发生扩散，但根据该构成，由于在旋转容器的旋转过程中能够进液，因此能够仅将分离了异物的试样水向分析装置主体输送。

本发明的液体分析方法自动且连续地执行以下步骤：从液体源直接汲取液体，将所述液体向离心分离器输送，通过所述离心分离器将所述液体分离成异物和试样水，将所述试样水向分析装置主体输送，以及通过所述分析装置主体对所述试样水分析。

所述液体分析方法还可以包括如下步骤，即，在所述离心分离器将所述液体分离成所述异物和所述试样水时，将除所述离心分离器的内壁附近的区域和所述离心分离器的旋转中心附近的区域之外的区域内的所述液体作为所述试样水进行采集。

所述液体分析方法还可以包括如下步骤，即，在所述离心分离器，从下部注入及排出所述液体，从上部注入清洗液。

所述液体分析方法还可以包括如下步骤，即，还准备配置于所述离心分离器和所述分析装置主体之间的过滤器，通过所述过滤器对介于所述离心分离器和所述分析装置主体之间的所述试样水进行过滤。

所述液体分析方法还可以包括如下步骤，即，使过滤后的所述试样水间歇性地倒流，对所述过滤器进行清洗。

发明效果

根据本发明，在液体分析系统，各构成要素串接构成，因此可提供能够自动且连续地对液体进行分析的液体分析系统。

附图说明

图1是本发明的实施方式的液体分析系统的系统图。

图2是表示一次过滤器部的详细的局部剖视图。

图3是表示二次过滤器的详细的主视图。

图4是液体分析系统的控制框图。

图5是表示基于一次过滤器部和二次过滤器部的异物的去除对分析所产生的影响的曲线。

符号说明

1 液体分析系统

100 采液泵

101 吸引口

200 一次过滤器部

210 清洗液罐

220 离心分离器

221 旋转容器

221a 注入口

221b 清洗液管

221c 注液口(排液口)

221d 支撑管

222 结构体

222a 圆锥部

222b 球面部

222c 采集口

222d 采集管

230 电机

231 驱动机构

232 轴承机构

240 T字型接头

241、242 管道

243 电磁阀

250 壳体

300 二次过滤器部

310 膜过滤器(过滤器)

320 进液泵

321、322 管道

330 滤液罐

400 分析装置主体

500 控制装置

510 电磁阀控制部

520 过滤器清扫控制部

530 旋转时进液控制部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的液体分析系统1具备采液泵100、一次过滤器部200、二次过滤器部300、分析装置主体400、控制装置500。采液泵100、一次过滤器部200、二次过滤器部300、以及分析装置主体400为流体连接，即，这些部件构成为串接。另外，在一次过滤器部200流体连接有清洗液罐210。液体分析系统1通过一次过滤器部200以及二次过滤器部300将由采液泵100汲取的液体分离成异物和试样水，通过分析装置主体400对试样水进行分析。分析对象的液体为河水、湖水、海水、或工厂排水等。在本实施方式中，对溶解于海水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮、以及氨态氮等的营养盐的浓度进行分析。

本实施方式的采液泵100为浮体式，浮在海水面上来使用。采液泵100从吸引口101汲取作为分析对象的海水，并向一次过滤器部200输送。但是，采液泵100的形式也可以是除浮体式之外的形式，例如，可以是沉在水中的沉体式。另外，只要吸引口101设置在海水中，则无论什么样的设置位置，采液泵100自身可以被设置在任意的位置。

如图2所示，在一次过滤器部200设有离心分离器220。离心分离器220可储存汲取的海水，并具备可绕中心轴L旋转的旋转容器221。另外，离心分离器220具备结构体222，该结构体222在旋转容器221内与中心轴L同心地配置，并具有相对于中心轴L对称的形状，且在侧部设有采集用于向分析装置主体400输送的试样水的采集口222c。

旋转容器221由大致向下凸的圆锥形状的容器组成，并具有相对于中心轴L对称的形状。在旋转容器221的上部中央设有清洗液的注入口221a，注入口221a与清洗液罐210(参照图1)连接。另外，该注入口221a与在旋转容器221内延伸的清洗液管221b连接，从清洗液罐210送来的清洗液通过清洗液管221b被注入旋转容器221内。另外，在旋转容器221的下部设有注入及排出海水的注液口(排液口)221c。在本实施方式中，注液口221c与排液口221c是公共的。支撑管221d从注液口(排液口)221c朝向下方延伸。支撑管221d与旋转容器221一体设置。在支撑管221d的周围，配置有与电机230连结的驱动机构231，驱动机构231通过螺纹固定与旋转容器221紧固。另外，在支撑管221d的周围以及清洗液管221b的周围，配置有轴承机构232。因此，旋转容器221在通过轴承机构232支撑管221d和清洗液管221b受到支撑的状态下，通过接受来自电机230的驱动力的驱动机构231进行旋转。另外，支撑管221d在下端连接有T字型接头240。从T字型接头240向侧方延伸的管道241与采液泵100连接，从T字型接头240向下方延伸的管道242经由电磁阀243朝向海水开放。即，在T字型接头240，海水沿箭头A的方向朝向旋转容器221通过采液泵100被汲取，并沿箭头B的方向通过自重从旋转容器221排水。另外，如后所述，电磁阀243通过控制装置500被开闭控制。

结构体222为沿着沿中心轴L的方向延伸的大致圆柱状。在结构体222的上部设有圆锥部222a，圆锥部222a从中心轴L向径向外侧以圆形状扩展，其具有朝向下方倾斜的圆锥形状。在结构体222的下部设有球面部222b，球面部222b具有半球形状。通过使球面部222b为半球状，不会阻碍旋转容器221旋转时的液体流动。从这个观点来说，结构体222的下部的形状并不限于半球形状，即使是不会阻碍液体的流动的这样的平坦形状或圆锥形状等的形状也可以。在结构体222的下方侧部设有采集口222c，该采集口222c为了向分析装置主体400输送而将旋转容器内的海水作为试样水进行采集。在本实施方式中，采集口222c围绕中心轴L在结构体222的圆周上以等间隔设置有4个。采集口222c在结构体222内通过沿中心轴L向上方延伸的采集管222d与二次过滤器部300连接。采集管222d与清洗液管221b部分地形成双重管结构，在旋转容器221的上方，在内侧配置有采集管222d，在外侧配置有清洗液管221b。

如果对结构体222的外形详细地进行说明，结构体222的上端位于旋转容器221的上端附近，下端位于以规定量的海水使旋转容器221充满时(参照虚线)的液体深度的70％左右的位置。其中，规定量的液体是指适合通过离心分离器220将海水分离成异物和试样水的量的液体，在本实施方式中，通常，旋转容器221在满水状态下运转。特别是，优选结构体222的下端位于以该规定量的液体使旋转容器221充满时的液体深度的10～90％的位置。即，结构体222的下端优选不位于旋转容器221的上限以及下限附近。另外，从中心轴L方向观察，结构体222的最大直径为25％左右。其中，优选结构体222的最大直径为旋转容器221的内径的10～90％。即，优选结构体222的外表面不位于旋转容器221的内壁附近以及中心轴L附近。通过这样来构成，在中心轴L的径向，能够在避开旋转容器221的内壁附近区域汇集的比重相对较大的异物和旋转容器221的中央的结构体222的下方区域汇集的比重相对较小的异物的位置设置采集口222c，进而能够得到去除了异物的试样水。另外，在中心轴L的轴向，能够在避开旋转容器221内的液面上漂浮的异物和沉淀在旋转容器221内的底面的异物的位置设置采集口222c，进而能够得到去除了异物的试样水。另外，在一次过滤器部200，上述旋转容器221收容于壳体250，并在多处通过螺纹固定相对于壳体250进行固定。

如图3所示，在二次过滤器部300，设有膜过滤器(过滤器)310。本实施方式的膜过滤器310例如是将孔径为0.45μm、1.2μm、8.0μm的三种孔径的过滤器组合而成的过滤器。在膜过滤器310的下方设有进液泵320，进液泵320通过管道321与一次过滤器部200的采集管222d和膜过滤器310的下表面连接。进液泵320可以正转和反转，如后所述，通过控制装置500被驱动控制。在此，在正转驱动进液泵320时，以从下向上通过膜过滤器310的方式沿箭头C的方向输进液体，在反转驱动进液泵320时，以从上向下通过膜过滤器310的方式沿箭头D的方向输进液体。利用离心分离器220从液体中去除了异物的管道321内的试样水通过进液泵320得到动力，从下向上通过膜过滤器310。此时，通过膜过滤器310，试样水进一步得到过滤。在膜过滤器310的上方设有滤液罐330，能够将由膜过滤器310过滤后的滤液储存在滤液罐330中。在滤液罐330的上部的中央连接有管道322，管道322延伸至分析装置主体400。

如图4所示，控制装置500具备电磁阀控制部510、过滤器清扫控制部520、旋转时进液控制部530。电磁阀控制部510对使旋转容器221的排液口221c开闭的电磁阀243进行控制。另外，过滤器清扫控制部520对通常进行正转驱动的进液泵320进行控制，并间歇性地反转驱动，使经过了膜过滤器310的滤液倒流。在反转驱动进液泵320时，滤液罐330内的滤液发生倒流，即，从上至下通过膜过滤器310(参照图3的箭头D)。由此，能够每隔规定时间对膜过滤器310进行清扫。其中，规定时间根据膜过滤器310的性质等的不同而不同，可以设定适合膜过滤器310的清扫的时间。另外，旋转时进液控制部530控制进液泵320，在旋转容器221的旋转过程中驱动进液泵320从旋转容器221吸出试样水，并向二次过滤器部300以及分析装置主体400输送。假设即使通过离心分离对悬浮物等进行分类，若停止旋转容器221的旋转，则分离后异物会再次发生扩散，但通过该控制，能够在旋转容器221的旋转过程中进液，因此能够仅将分离了异物后的试样水向分析装置主体输送。此外，该旋转容器221的旋转过程中的进液例如可以基于来自检测旋转容器221的旋转的传感器(未图示)的信号来执行，尤其是可以在还未检测这样的信号，在针对旋转容器221的旋转开始命令之后来执行。

分析装置主体400(参照图1)对利用一次过滤器部200以及二次过滤器部300被去除了悬浮或浮游的异物的试样水进行分析。作为分析原理，可以使用流分析法。进一步而言，在流分析法中，可以使用流动注射(FIA)分析法。具体而言，采用基于JIS K0170：2011的流动分析法的水质试验方法。在包含营养盐的海水中混合规定的反应液时，根据作为对象的营养盐的种类和浓度会显色，因此通过测定特定波长的吸光度，能够得到营养盐浓度。例如，对于亚硝酸态氮，使用盐酸酸性萘基乙二胺显色FIA法，对于硝酸态氮，使用镉还原·盐酸酸性萘基乙二胺显色FIA法，以及对于氨态氮，使用基于苯酚的靛酚蓝显色FIA法，测定吸光度，能够对营养盐浓度进行分析。

如图5所示，从吸光度的观点出发，对未去除悬浮或浮游的异物的海水、仅通过一次过滤器部200的试样水(仅一次过滤器)、通过一次过滤器部200以及二次过滤器部300的试样水(一次过滤器+二次过滤器)进行比较。相对于海水的吸光度0.12左右，通过一次过滤器部200后的吸光度大幅度减少到0.04左右。而且，通过追加二次过滤器部300，使吸光度下降到0.0004左右。因此，能够在没有由悬浮物导致的光的散射这样的干扰的状态下高精度地进行分析。

根据本实施方式，从海水等液源至分析装置主体400，各构成要素流体连接，即，构成为串接。因此，能够使从海中采集海水、从海水去除异物、对去除了异物的试样水进行分析这一系列的流程自动化，即，能够自动且连续地对海水进行分析。

另外，通过在旋转容器221内与中心轴L同心地设置结构体222，能够防止在旋转容器221内在中心轴L附近包含通常应该会出现的气泡的漩涡的发生。在中心轴L附近产生包含气泡的漩涡时，由于会成为通过离心力分离异物时的障碍，因此能够防止这种情况是有效的。另外，在通过离心力分离异物时，根据异物的比重的不同，异物汇集的位置也不同。具体而言，比重相对较大的异物汇集在旋转容器221的内壁附近区域，比重相对较小的异物汇集在旋转容器221的中央的结构体222的下方区域。因此，通过在结构体222的侧部设置采集口222c，能够避开旋转容器221的内壁附近区域和旋转容器221的中央的结构体222的下方区域，即，能够将没有汇集异物的部分的液体作为试样水进行采集。

另外，在旋转容器221的下部设有注液口(排液口)221c，因此在向旋转容器221注入海水时，海水不会发生落下等，能够防止旋转容器221内的海水受到搅拌。因此，能够防止试样水和异物被混合。

另外，在旋转容器221的上部中央设有清洗液的注入口221a，因此能够从上部注入清洗液。而且，结构体222的上部具有圆锥部222a，因此从注入口注入的清洗液与结构体222的上部的圆锥部222a碰撞，并朝向旋转容器221的内壁飞散。因此，能够通过在旋转容器221的内壁飞散的清洗液进行清洗。

另外，通过膜过滤器310能够去除利用离心分离器220没有分离完全的异物。另外，将膜过滤器310设置在离心分离器220的下游，预先去除了成为膜过滤器310的堵塞的原因的异物，因此能够抑制膜过滤器310的堵塞。即，与仅设置膜过滤器310的情况相比，能够延长直至更换膜过滤器310为止的时间，能够延长连续运转时间。

另外，由于是基于过滤器清扫控制部520的控制，因此通过经过了膜过滤器310的滤液，能够间歇地对膜过滤器310进行清洗，能够抑制膜过滤器310的堵塞。因此，与不采取任何措施的情况相比，能够延长直至更换膜过滤器310的时间，能够延长连续运转时间。

另外，在旋转容器221的下部设有注液口(排液口)221c，因此能够从旋转容器221的下部排水。通过排水，能够对旋转容器221的内壁进行清洗，并能够排除残留的异物等。

Claims (16)

1.一种液体分析系统，其特征在于，具备：

采液泵，所述采液泵的吸引口设置于液体中，汲取所述液体；

离心分离器，其与所述采液泵流体连接，通过离心力将由所述采液泵汲取的所述液体分离成异物和试样水；以及

分析装置主体，其与所述离心分离器流体连接，对从所述离心分离器送来的所述试样水进行分析。

2.根据权利要求1所述的液体分析系统，其特征在于，

所述离心分离器还具备：

旋转容器，其能够储存汲取的所述液体，并能绕中心轴旋转；以及

结构体，其在所述旋转容器内与所述中心轴同心地配置，具有相对于所述中心轴对称的形状，并在侧部设有采集口，所述采集口采集用于向所述分析装置主体输送的所述试样水。

3.根据权利要求2所述的液体分析系统，其特征在于，

所述结构体的下端位置是在所述旋转容器内由规定量的所述液体充满时的液体深度的10～90％的位置。

4.根据权利要求2或3所述的液体分析系统，其特征在于，

所述结构体的最大直径是所述旋转容器的内径的10～90％。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的液体分析系统，其特征在于，在所述旋转容器的下部设有排液口。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的液体分析系统，其特征在于，在所述旋转容器的下部设有注液口。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的液体分析系统，其特征在于，

在所述旋转容器的上部中央设有清洗液的注入口，

所述结构体的上部具有圆锥形状。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的液体分析系统，其特征在于，

所述液体分析系统还具备配置于所述旋转容器和所述分析装置主体之间的过滤器，该过滤器用于对所述试样水进行过滤。

9.根据权利要求8所述的液体分析系统，其特征在于，

所述液体分析系统还具备：

进液泵，其将所述试样水从所述旋转容器吸出并向所述分析装置主体输送；以及

控制装置，其具有过滤器清扫控制部，所述过滤器清扫控制部对所述进液泵进行控制，以使已通过所述过滤器的滤液间歇性地倒流。

10.根据权利要求9所述的液体分析系统，其特征在于，

所述液体分析系统还具备控制装置，所述控制装置具有旋转时进液控制部，所述旋转时进液控制部在所述旋转容器的旋转过程中驱动所述进液泵从所述旋转容器吸出所述试样水，并向所述分析装置主体输送。

11.根据权利要求2至8中任一项所述的液体分析系统，其特征在于，所述液体分析系统还具备：

进液泵，其将所述试样水从所述旋转容器吸出并向所述分析装置主体输送；以及

控制装置，其具有旋转时进液控制部，所述旋转时进液控制部在所述旋转容器的旋转过程中驱动所述进液泵从所述旋转容器吸出所述试样水，并向所述分析装置主体输送。

12.一种液体分析方法，其特征在于，自动且连续地执行以下步骤：

从液体源直接汲取液体，

将所述液体向离心分离器输送，

通过所述离心分离器将所述液体分离成异物和试样水，

将所述试样水向分析装置主体输送，以及

通过所述分析装置主体对所述试样水进行分析。

13.根据权利要求12所述的液体分析方法，其特征在于，

还包括如下步骤，即，

在所述离心分离器将所述液体分离成所述异物和所述试样水时，将除所述离心分离器的内壁附近的区域和所述离心分离器的旋转中心附近的区域之外的区域内的所述液体作为所述试样水在所述离心分离器的旋转过程中进行采集。

14.根据权利要求12或13所述的液体分析方法，其特征在于，

还包括如下步骤，即，

在所述离心分离器，从下部注入及排出所述液体，从上部注入清洗液。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的液体分析方法，其特征在于，

还包括如下步骤，即，

还准备配置于所述离心分离器与所述分析装置主体之间的过滤器，

通过所述过滤器对介于所述离心分离器与所述分析装置主体之间的所述试样水进行过滤。

16.根据权利要求15所述的液体分析方法，其特征在于，

使过滤后的所述试样水间歇性地倒流，对所述过滤器进行清洗。