CN109060697A - 自动选择检测波长的水质参数分析仪 - Google Patents

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刘倩
周小峰
董林辉
董红红
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蒋璨
蔡振山
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Abstract

本发明公开了一种自动选择检测波长的水质参数分析仪，包括：用于放置样品的样品位、设于所述样品位周围的数个光源与数个检测器、与所述数个光源以及数个检测器分别通信连接的控制器。本发明通过在水质参数分析仪中设置相对应的多个光源与多个检测器，并采用控制器对光源与检测器的开启和关闭进行程序控制，使水质参数分析仪具备自动选择检测波长的功能，大大提高了水质参数检测的便利性，大幅度减少了由于波长选择错误导致的检测失误，显著提高了检测准确率。

Description

自动选择检测波长的水质参数分析仪
技术领域
本发明涉及水质检测领域，尤其涉及一种自动选择检测波长的水质参数分析仪。
背景技术
水是和人的生活、生命息息相关的，因此，水质的好坏直接影响着人类的生活质量。随着人类生活质量的提升，人类越来越重视环境保护，尤其是水质的好坏，因此水处理行业逐渐得到越来越多的重视。水质的好坏是通过判断水质参数否符合特定标准来衡量的，而水质参数需要采用水质分析仪来测定。
水质参数有很多，例如COD(化学需氧量)、总磷、总氮、氨氮等。水质参数的国标测定法大多是采用光学方法进行测定的。简单来讲，假设一特定波长的光在光路中没有样品的条件下到达检测器的能量为I0，在光路中放置样品后，到达检测器的能量假设为It，那么该样品对上述波长(即检测波长)的光的透过率T＝It/I0*100％，吸光度A＝-lgT，A具有加和性。制备一系列已知浓度的标准溶液例如1mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L，使用水质分析仪对一系列标准溶液进行测定，每种标准溶液都有对应的吸光度假设为A1、A2、A3、A4、A5，用吸光度A作为Y轴，标准溶液的浓度作为X轴，可以得到一条标准曲线(其实是一条直线)，曲线方程为Y＝kA+b(Y为浓度，A为吸光度)。使用水质参数分析仪对浓度未知但在检测范围内的水溶液进行测定后，可以得到一个吸光度值Ax，将Ax代入曲线方程中就可以得到对应的浓度数值。由于不同的水质参数需要使用不同的检测波长，因此对应的标准曲线方程也不同。
目前市场上在售的水质多参数分析仪大多需要手动选择不同的检测波长来对不同的水质参数进行测定，例如使用460nm波长的光测定低浓度COD，使用620nm波长的光测定高浓度COD，使用700nm波长的光测定总磷等。通常情况下，一台水质多参数分析仪中设有能够发射多个波长光的光源，如果用户想要测定低浓度COD，那么该用户首先要选择低浓度COD的检测波长(460nm)，然后才能执行测定操作。在测定完低浓度COD后，如果用户还想继续测定高浓度COD，则该用户需要再手动选择高浓度COD的检测波长(620nm)，这样的操作步骤比较繁琐，对于新用户或不经常使用水质多参数分析仪的人来说容易造成不必要的错误。
有公司使用扫描二维码的方式来实现水质多参数分析仪的自动选择波长功能。具体来讲，在样品管外壁的特定位置贴一张二维码标签，该标签对应特定的波长，水质多参数分析仪的内部设有二维码扫描仪，通过扫描所述样品管外壁上的二维码标签来确定检测波长。然而，通过扫描二维码的方法来实现自动选择波长功能的缺点是：第一，样品管放进分析仪时，位置必须精准，否则二维码扫描仪会扫不上二维码，从而无法确定波长；第二，由于样品管经常接触液体并且接受超声等操作，导致样品管外壁的二维码标签不牢固，需要经常更换；第三、有误操作的可能，例如，本来是用于测定420nm检测波长的样品管，有可能不小心被用来装了检测波长为700nm的样品，这样检测结果就会出错。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动选择检测波长的水质参数分析仪，具备自动选择检测波长的功能，能够大大提高了水质参数检测的便利性，并且显著提高检测准确率。
为实现以上发明目的，本发明提供一种自动选择检测波长的水质参数分析仪，包括：用于放置样品的样品位、设于所述样品位周围的数个光源与数个检测器、与所述数个光源以及数个检测器分别通信连接的控制器；
所述数个光源分别能够发出数种不同波长的光线，所述数种不同波长分别是数个不同水质参数的检测波长；
所述数个检测器分别与所述数个光源对应设置；每个检测器都能够接收与其对应的光源发出的光线在穿过所述样品后射出的光线，并获取所述样品对该光线的吸光度值；所述控制器用于接收所述数个检测器分别测得的吸光度值，并用于控制所述数个光源与数个检测器的开启或关闭；
将样品放置于所述样品位并开启所述水质参数分析仪后，所述控制器控制所述数个光源同时或逐次打开，所述数个检测器能够分别测得所述样品对所述数个光源的光线的吸光度值，所述控制器获得分别对应所述数个光源的数个吸光度值后，选择吸光度值最大的一个光源，控制该光源以及与该光源对应的检测器开启，其它光源与检测器关闭。
可选的，所述自动选择检测波长的水质参数分析仪还包括与所述控制器通信连接的存储器，所述存储器能够将所述数个检测器测得的吸光度值或者根据该吸光度值计算得到的水质参数记录下来。
可选的，所述样品容置于样品管中，所述样品管呈筒状。
可选的，所述样品管呈圆筒状，所述数个光源与数个检测器呈发射状分布于所述样品管的周围，并位于同一圆周上。
可选的，所述样品管的材质为石英、玻璃或塑料。
可选的，所述控制器为单片机。
可选的，所述数个不同水质参数包括化学需氧量、总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮中的至少两种。
可选的，所述数个光源发出的光线中，波长数值相邻的两种光线的波长差不小于20nm。
可选的，所述检测器与所述光源的数量均为2-6个。
可选的，所述检测器与所述光源的数量均为4个；所述4个光源发出的光线的波长分别为420nm、540nm、620nm、700nm，其中，220nm是硝态氮的检测波长，420nm是氨氮的检测波长，540nm是亚硝态氮的检测波长，620nm是高浓度COD的检测波长，700nm是总磷的检测波长。
本发明的有益效果：本发明通过在水质参数分析仪中设置相对应的多个光源与多个检测器，并采用控制器对光源与检测器的开启和关闭进行程序控制，使水质参数分析仪具备自动选择检测波长的功能，大大提高了水质参数检测的便利性，大幅度减少了由于波长选择错误导致的检测失误，显著提高了检测准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为本发明自动选择检测波长的水质参数分析仪的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明自动选择检测波长的水质参数分析仪的第二实施例的结构示意图。
主要元件符号说明：
10-样品位；
20-光源；
30-检测器；
40-控制器；
50-存储器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“A或/和B”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
水质参数的检测原理是利用水中某种物质本身在特定波长处有吸收峰(例如：硝态氮在220nm处有吸收峰)或者水中某种物质与特定的显色剂反应生成另外一种物质在可见波段(400-800nm)有吸收峰(例如：总磷在添加显色剂后在700nm处有吸收峰，亚硝态氮在添加显色剂后在540nm处有吸收峰等)。也即是说，不同的水质参数对应的是不同的检测波长，而这些检测波长并不是连续的，常用的几种水质参数对应的检测波长分别为：COD：460nm(低浓度COD)或620nm(高浓度COD)，总磷：700nm，硝态氮：220nm或540nm或697nm，亚硝态氮：540nm，氨氮：420nm或697nm。
具体的，用于测定低浓度COD(15-150mg/ml，检测波长460nm)与高浓度COD(100-1000mg/ml，检测波长620nm)的样品在进行吸光度检测前可以均采用国标HJ/T399-2007的方法进行显色处理；
用于测定总磷的样品在进行吸光度检测(检测波长700nm)前可以采用国标GB11893-1989的方法进行显色处理；
用于测定亚硝态氮的样品在进行吸光度检测(检测波长540nm)前可以采用国标GB-T 7493-1987的方法进行显色处理；
用于测定氨氮的样品在进行吸光度检测前(检测波长420nm)可以采用国标HJ535-2009的方法进行显色处理；
用于测定氨氮的样品在进行吸光度检测(检测波长697nm)前可以采用国标HJ536-2009的方法进行显色处理。
用于测定硝态氮的样品在进行220nm检测波长的吸光度检测前不需要进行显色处理。用于测定硝态氮的样品在进行540nm或700nm检测波长的吸光度检测前需要分别采用两种不同的方法进行显色处理。
请参阅图1与图2，本发明提供一种自动选择检测波长的水质参数分析仪，包括：用于放置样品的样品位10、设于所述样品位10周围的数个光源20与数个检测器30、与所述数个光源20以及数个检测器30分别通信连接的控制器40；
所述数个光源20分别能够发出数种不同波长的光线，所述数种不同波长分别是数个不同水质参数的检测波长；
所述数个检测器30分别与所述数个光源20对应设置；每个检测器30都能够接收与其对应的光源20发出的光线在穿过所述样品后射出的光线，并获取所述样品对该光线的吸光度值；所述控制器40用于接收所述数个检测器30分别测得的吸光度值，并用于控制所述数个光源20与数个检测器30的开启或关闭；
将样品放置于所述样品位10并开启所述水质参数分析仪后，所述控制器40控制所述数个光源20同时或逐次打开，所述数个检测器30能够分别测得所述样品对所述数个光源20的光线的吸光度值，所述控制器40获得分别对应所述数个光源20的数个吸光度值后，选择吸光度值最大的一个光源20，控制该光源20以及与该光源20对应的检测器30开启，其它光源20与检测器30关闭，之后获取被选择光源20的吸光度值并根据该吸光度值计算得到对应的水质参数。
具体的，所述样品指的是待检测水体本身或者是针对特定的水质参数采用相应的标准方法对待检测水体进行显色处理后得到的样品。本领域技术人员能够理解的是，一个样品只有在其检测波长的光线的照射下才能出现最大吸光度值，因此能够判定吸光度值最大的一个光源20的波长即为该水质参数的检测波长。
假设待分析样品需要测试的水质参数是亚硝态氮，那么水质样品使用国标方法经过一系列预处理后会制备出对540nm(亚硝态氮检测波长)有强吸收的溶液，也即是说该溶液在540nm处的透过率非常低(可能只有10％)，即吸光度值非常大，而在其它波长处的透过率则比较高(可能接近100％)，即吸光度值非常小。
如果待分析样品需要测试的水质参数是总磷，那么水质样品使用国标方法经过一系列预处理后会制备出对700nm(总磷检测波长)有强吸收的溶液，也就是该溶液在700nm处的透过率非常低(可能只有20％)，即吸光度值非常大，而在其它波长处的透过率则比较高(可能接近100％)，即吸光度值非常小。总的来说，一种溶液只会在一个特定波长(检测波长)处的透过率最低，即吸光度值最大。
具体的，所述控制器40用于接收所述数个检测器30测得的吸光度值并判断出最大的吸光度值，之后控制吸光度值最大的一个光源20以及与该光源20对应的检测器30开启，控制其它光源20和检测器30关闭，这样的技术方案是能够实现的，本领域技术人员根据本文公开的内容，很容易对控制器40进行设置以实现本文中指出的各种功能。
可选的，如图2所示，本发明的自动选择检测波长的水质参数分析仪还包括与所述控制器40通信连接的存储器50，所述存储器50能够将所述数个检测器30测得的吸光度值或者根据该吸光度值计算得到的水质参数记录下来，之后可以通过数据接口或者无线通讯的方式将这些数据传递至其它设备上。
具体的，所述样品容置于样品管中，所述样品管呈筒状。
优选的，如图1与图2所示，所述样品管呈圆筒状，所述数个光源20与数个检测器30呈发射状分布于所述样品管的周围，并位于同一圆周上。
优选的，所述样品管的材质为石英玻璃。
具体的，所述数个不同水质参数包括COD(化学需氧量)、总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮中的至少两种。
具体的，所述控制器40可以为单片机，例如51单片机。
可选的，所述检测器30与所述光源20的数量均为2-6个，具体根据实际需求进行设定。
图1与图2所示的实施例中，所述检测器30与所述光源20的数量均为4个。
可选的，所述4个光源20发出的光线的波长分别为420nm、540nm、620nm，700nm，其中，420nm是氨氮的检测波长，540nm是亚硝态氮的检测波长，620nm是高浓度COD的检测波长，700nm是总磷的检测波长。
具体的，所述检测器30为本领域的常用设备，本申请不对其结构进行具体限定。
具体的，为确保检测准确度，所述数个光源20发出的光线中，波长数值相邻的两种光线的波长差不小于20nm。
本发明通过在水质参数分析仪中设置相对应的多个光源20与多个检测器30，并采用控制器40对光源20与检测器30的开启和关闭进行程序控制，使水质参数分析仪具备自动选择检测波长的功能，大大提高了水质参数检测的便利性，大幅度减少了由于波长选择错误导致的检测失误，显著提高了检测准确率。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上所述仅为本发明的较佳实施事例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，包括：用于放置样品的样品位、设于所述样品位周围的数个光源与数个检测器、与所述数个光源以及数个检测器分别通信连接的控制器；
所述数个光源分别能够发出数种不同波长的光线，所述数种不同波长分别是数个不同水质参数的检测波长；
所述数个检测器分别与所述数个光源对应设置；每个检测器都能够接收与其对应的光源发出的光线在穿过所述样品后射出的光线，并获取所述样品对该光线的吸光度值；所述控制器用于接收所述数个检测器分别测得的吸光度值，并用于控制所述数个光源与数个检测器的开启或关闭；
将样品放置于所述样品位并开启所述水质参数分析仪后，所述控制器控制所述数个光源同时或逐次打开，所述数个检测器能够分别测得所述样品对所述数个光源的光线的吸光度值，所述控制器获得分别对应所述数个光源的数个吸光度值后，选择吸光度值最大的一个光源，控制该光源以及与该光源对应的检测器开启，其它光源与检测器关闭。
2.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述自动选择检测波长的水质参数分析仪还包括与所述控制器通信连接的存储器，所述存储器能够将所述数个检测器测得的吸光度值或者根据该吸光度值计算得到的水质参数记录下来。
3.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述样品容置于样品管中，所述样品管呈筒状。
4.如权利要求3所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述样品管呈圆筒状，所述数个光源与数个检测器呈发射状分布于所述样品管的周围，并位于同一圆周上。
5.如权利要求4所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述样品管的材质为石英、玻璃或塑料。
6.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述控制器为单片机。
7.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述数个不同水质参数包括COD、总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮中的至少两种。
8.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述数个光源发出的光线中，波长数值相邻的两种光线的波长差不小于20nm。
9.如权利要求1所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述检测器与所述光源的数量均为2-6个。
10.如权利要求9所述的自动选择检测波长的水质参数分析仪，其特征在于，所述检测器与所述光源的数量均为4个；所述4个光源发出的光线的波长分别为420nm、540nm、620nm、700nm，其中，420nm是氨氮的检测波长，540nm是亚硝态氮的检测波长，620nm是高浓度COD的检测波长，700nm是总磷的检测波长。
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