CN109444231A - 一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统 - Google Patents

一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统 Download PDF

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赵昆峰
童琴
代卫国
胡丹
金彩虹
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Abstract

本发明公开一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，包括进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块，待测污水由进样模块的蠕动泵泵入样品池中，由检测模块中的三电极体系在样品池中采用电化学方法进行检测，检测数据由控制分析模块进行采集和分析，并通过有线或无线方式传输至终端设备；检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀打开，将污水样品排出，然后由清洗模块对检测模块的电极和进样模块的样品池进行清洗。控制分析模块通过对采集到的电化学检测数据进行分析计算获得待测污水中重金属离子浓度数据，同时其还控制整个分析程序的运行。该系统结构简单、操作便捷、成本低廉、能耗低、检测精度高，可实现排污重金属离子实时在线检测。

Description

一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统
技术领域
本发明涉及污水中的重金属离子在线检测领域，尤其是指一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统。
背景技术
原子质量在63.5-200.6g/mol，且密度大于5g/cm3的金属元素被定义为重金属。这些重金属离子不能降解且分布广泛，并随着食物链富集，最终进入到人体，对人体器官造成重大伤害。其中，美国环境保护局认定砷（Arsenic）、汞（Mercury）、铅（Lead）、铜（Copper）、镉（Cadmium）、镍（Nickel）和铬（Chromium）属于毒性最大的重金属。世界卫生组织甚至对这些重金属离子在饮用水的含量提出浓度控制要求，这些有害重金属元素含量范围被要求限制在1-100ppb。工业排放污水是重金属离子的主要来源之一，因此对工业排放污水的重金属离子浓度进行在线检测具有重要意义。
对重金属离子浓度的检测一般采用传统的离子检测方法，例如原子吸收光谱、原子荧光光谱、X射线荧光光谱、电感耦合等离子体发射光谱，以及电感耦合等离子体质谱等等。这些传统检测方法制备检测样品过程复杂，所需设备笨重，检测结果不具有实时性。
另外，中国专利（申请公布号：CN 106568788 A）公开了一种基于X射线荧光技术污水重金属在线检测装置及监测方法，其利用X射线源对污水样品进行照射，通过荧光信号检测器接收样品的荧光光谱，通过对光谱进行分析获得重金属浓度信息。其不足之处在于：该系统存在X射线源，对人员安全防护提出了较高要求；该系统含有X射线源和荧光信号检测器，导致系统设备成本高；该系统采用X射线检测方式，能耗要求高。
发明内容
针对目前重金属离子浓度检测设备存在样品处理复杂、设备笨重或成本高等问题，本发明的目的在于提供一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统。其具有检测实时性、操作简单、成本低廉、能耗低、检测精度高的特点。
本发明提供的技术方案是：一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，包含进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块，待测污水泵入进样模块样品池，由检测模块对污水样品进行检测，由控制分析模块对检测数据进行采集和分析，在每次检测结束后由清洗模块对进样模块的样品池和检测模块的电极进行清洗备用。本发明系统可实现实时检测、操作简单、成本低廉、检测精度高。
在上述方案基础上，所述的进样模块由滤网、蠕动泵、电磁阀和样品池组成，滤网与样品池的进水口相连，污水样品经过滤网过滤后，利用蠕动泵将其泵入样品池中，检测完毕后打开电磁阀，将污水样品经样品池出水口排出。该模块无需安装复杂定量设备，只需将样品池装满待测污水样品即可。
所述的检测模块采用三电极体系，其中工作电极为各类修饰电极，对电极为石墨电极或铂电极，参比电极为银/氯化银电极或甘汞电极。三电极位于样品池内，呈三角形排列，工作电极与对电极相对分布，利用电化学技术对样品池中的污水样品进行重金属离子浓度检测。抗干扰能力强，检测精度高，无需对样品进行复杂前处理。
所述的清洗模块包括净水箱、清洗泵、电磁阀和喷淋器，喷淋器经电磁阀与净水箱的出水口相连，净水箱中的净水由清洗泵泵入喷淋器，使净水喷入样品池中，对检测模块和进样模块进行清洗。检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀打开，将污水样品排出，然后清洗模块对检测模块和进样模块进行清洗。由于检测模块的三电极体系位于进样模块的样品池内，因此清洗模块只需对样品池进行清洗即可达到对检测模块和进样模块同时清洗目的。
所述的控制分析模块由数据采集板、控制和计算芯片组成。数据采集板采集检测模块传输过来的数据，由计算芯片对数据进行分析计算，从而获得重金属离子浓度数据，并将数据通过有线或无线方式传输至终端设备。控制分析模块结构简单。
整个检测流程均由控制分析模块的控制芯片控制进程。控制分析模块中的控制芯片负责整个检测流程的自动化控制。
具体的，本发明提供一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，包括进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块；待测污水由进样模块的蠕动泵泵入进样模块的样品池中，由检测模块中的三电极体系在样品池中采用电化学方法进行检测，检测数据由控制分析模块进行采集和分析，并通过有线或无线方式传输至终端设备；检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀打开，将污水样品排出，然后由清洗模块对检测模块的电极和进样模块的样品池进行清洗，待下一次检测备用；控制分析模块通过对采集到的电化学检测数据进行分析计算获得待测污水中重金属离子浓度数据，同时其还控制整个分析程序的运行。
本发明基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，具有检测实时性、操作简单、成本低廉、能耗低、检测精度高的特点。可对污水样品进行在线实时检测，并及时传输数据；采用电化学方法进行检测，灵敏度高，检测浓度最低限可至ppb量级；无需复杂的定量进样设备；无需对样品进行复杂前处理；清洗设备简单，无需复杂的管道和控制设备。
附图说明
图1为重金属离子在线检测系统原理框图；
图2 重金属离子在线检测系统结构示意图；
1——滤网；2——蠕动泵；
3——样品池的进水口；4——三电极；
5——样品池，6——样品池的出水口；7——控制分析模块；
8——终端设备；9——电磁阀；
10——喷淋器；11——清洗泵；12——净水箱。
具体实施方式
如图1重金属离子在线检测系统原理框图所示，一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，包含进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块，待测污水泵入进样模块样品池，由检测模块对污水样品进行检测，由控制分析模块对检测数据进行采集和分析，在每次检测结束后由清洗模块对进样模块的样品池和检测模块的电极进行清洗备用。
待测污水经滤网2由进样模块的蠕动泵2从样品池的进水口3泵入进样模块的样品池5中，由检测模块中的三电极4体系在样品池5中采用电化学方法进行检测，检测数据由控制分析模块7进行采集和分析，并通过有线或无线方式传输至终端设备8；检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀9打开，将污水样品从样品池的出水口6排出，然后由清洗模块对检测模块的三电极4和进样模块的样品池5进行清洗，待下一次检测备用；控制分析模块7通过对采集到的电化学检测数据进行分析计算获得待测污水中重金属离子浓度数据，同时其还控制整个分析程序的运行。其检测步骤为：
a) 检测程序启动后，进样模块启动蠕动泵2，工业排放污水经过滤网1粗滤后泵入样品池5中，泵入污水样品的时间t1大于污水样品装满样品池的时间t2，即将样品池5进行预处理，防止之前残留的清洗液影响后续检测，多余的污水样品通过溢水口排放出去。
b) 进样模块停止进样后，检测模块三电极4采用电化学方法对污水样品进行电化学检测，并将检测数据传给控制分析模块7的数据采集板。
c) 控制分析模块7的数据采集板将采集数据发送至计算芯片进行运算，获得重金属离子浓度数据，并将运算得到的浓度结果传输给终端设备8，供客户分析判断。
d) 检测模块停止检测后，进样模块排水口的电磁阀9打开，将污水样品自自样品池的出水口6排出，然后清洗模块对进样模块的样品池5和检测模块的三电极4进行清洗三次，待下次检测备用。
本实施例的清洗模块由净水箱12、清洗泵11和设在样品池5顶端的喷淋器10组成。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于包含进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块，待测污水泵入进样模块样品池，由检测模块对污水样品进行检测，由控制分析模块对检测数据进行采集和分析，在每次检测结束后由清洗模块对进样模块的样品池和检测模块的电极进行清洗备用。
2.根据权利要求1所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于，所述的进样模块由滤网、蠕动泵、电磁阀和样品池组成，滤网与样品池的进水口相连，污水样品经过滤网过滤后，利用蠕动泵将其泵入样品池中，检测完毕后打开电磁阀，将污水样品经样品池出水口排出。
3.根据权利要求1所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于所述的检测模块采用三电极体系，其中，工作电极为各类修饰电极，对电极为石墨电极或铂电极，参比电极为银/氯化银电极或甘汞电极；三电极位于样品池内，呈三角形排列，工作电极与对电极相对分布，利用电化学技术对样品池中的污水样品进行重金属离子浓度检测。
4.根据权利要求1所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于清洗模块包括净水箱、清洗泵、电磁阀和喷淋器，喷淋器经电磁阀与净水箱的出水口相连，净水箱中的净水由清洗泵泵入喷淋器，使净水喷入样品池中，对检测模块和进样模块进行清洗；检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀打开，将污水样品排出，然后清洗模块对检测模块和进样模块进行清洗。
5.根据权利要求1所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于控制分析模块由数据采集板、控制和计算芯片组成，数据采集板采集检测模块传输过来的数据，由计算芯片对数据进行分析计算，从而获得重金属离子浓度数据，并将数据通过有线或无线方式传输至终端设备。
6.根据权利要求1所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于整个检测流程均由控制分析模块的控制芯片控制进程。
7.根据权利要求1-6任一所述基于电化学分析技术的重金属离子在线检测系统，其特征在于包括进样模块、检测模块、清洗模块和控制分析模块，待测污水由进样模块的蠕动泵泵入进样模块的样品池中，由检测模块中的三电极体系在样品池中采用电化学方法进行检测，检测数据由控制分析模块进行采集和分析，并通过有线或无线方式传输至终端设备；检测完毕后，进样模块排水口处电磁阀打开，将污水样品排出，然后由清洗模块对检测模块的电极和进样模块的样品池进行清洗，待下一次检测备用；控制分析模块通过对采集到的电化学检测数据进行分析计算获得待测污水中重金属离子浓度数据，同时其还控制整个分析程序的运行。
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