CN110186989A - 一种水质重金属在线分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质重金属在线分析仪，包括：测量机构，所述测量机构的底部设置有一采水机构，所述测量机构的顶部设置有一维护机构；所述测量机构包括：第一壳体，所述第一壳体的底部、顶部分别设置有底盖、顶盖，所述第一壳体与底盖、顶盖形成一密闭的测量腔体，所述测量腔体内设置有一多联体阀组，所述多联体阀组的上侧设置有一多通阀，所述多通阀一侧设置有一注射泵，所述测量腔体的顶部设置有一测量池，所述测量池的上部设置有一溶液腔体，所述测量池上设置有一搅拌组件，所述测量池的上部设置有对电极，所述顶盖的中部设置有工作电极和参比电极，所述工作电极和参比电极皆穿出顶盖至溶液腔体内。本发明维护方便，能够实现海水原位监测。

Description

一种水质重金属在线分析仪

技术领域

本发明涉及重金属测量技术领域，尤其涉及的是一种水质重金属在线分析仪。

背景技术

随着经济发展，海洋污染已逐步成为全球关注的重要问题。在我国由于工业化进程的推进以及沿海城市规模的不大扩展，使得排入海洋的工业、农业和生活等污染不断增多，导致海水的污染程度越来越高，从而使海域的环境质量出现了明显的下降。在排入海洋的有害物质中包括重金属和其他有害物质，这些成分这不仅影响近海区域的人们的生活质量，同时也对海洋的生物生长造成了巨大的危害，重金属元素的环境污染一直以来都是国内外研究的热点。

重金属污染具有来源广、残毒时间长、蓄积性和难以降解等特征，能够直接或间接作用于生物体DNA，会引起海洋生物的遗传物质发生突变，引起生长缓慢、异常发展和降低胚胎、幼体及成体的存活率等问题，通过敏感种的灭绝导致生态退化，对生态系统构成直接和间接的威胁。从而使生物物种和群落发改变，影响生物多样性，进而降低生物资源的利用价值。

根据《环境科学大辞典》中将密度＞5g/cm3(或＞4g/cm3)的金属定义为重金属，主要包括铜、铅、锌、镉、镍、汞和砷等。海洋中的重金属来源重要分为3种：陆源污染流入、天然源和大气沉降，其中陆源污染流入是海洋重金属污染的主要来源。

目前关于水质的重金属在线监测主要有两个方法，分别为分光光度法和电化学方法。分光度法由于其方法原理导致易受色浊度影响，同时由于地表水(含海洋)中重金属含量普遍较低，而光度法的检出限普遍较高，因此难以用此法来实现海洋重金属的在线监测。

现有技术中的水质重金属在线分析仪，由于该产品的尺寸及设计方案的原因，其主要用于地表水水质重金属的在线监测，无法实现海洋原位重金属的在线监测。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水质重金属在线分析仪，使得维护方便，能够实现海水原位监测。

本发明的技术方案如下：

一种水质重金属在线分析仪，其包括：

测量机构，所述测量机构的底部设置有一用于采集水样的采水机构，所述测量机构的顶部设置有一可拆卸的维护机构；

所述测量机构包括：第一壳体，所述第一壳体的底部、顶部分别设置有底盖、顶盖，所述第一壳体与底盖、顶盖形成一密闭的测量腔体，所述测量腔体内设置有一多联体阀组，所述多联体阀组的上侧设置有一多通阀，所述多通阀一侧设置有一注射泵，所述测量腔体的顶部设置有一测量池，所述测量池的上部设置有一用于盛放测量溶液的溶液腔体，所述测量池上设置有一用于混匀测量溶液的搅拌组件，所述测量池的上部设置有对电极，所述对电极伸入至溶液腔体内，所述顶盖的中部设置有工作电极和参比电极，所述工作电极和参比电极皆穿出顶盖至溶液腔体内；

所述维护机构的顶部挂持有多个试剂袋，多个所述试剂袋皆与多联体阀组连通，所述多联体阀组的出液口与多通阀连通，所述多通阀的出液口与溶液腔体连通，所述多通阀的另一端与注射泵连通。

优选地，所述采水机构包括第二壳体，设置在第二壳体内的过滤头，及设置在底盖中部上的水样进液孔。

优选地，所述维护机构包括第三壳体，用于盖合第三壳体的旋转盖，及设置在旋转盖内表面的支架。

优选地，所述第一壳体、第二壳体和第三壳体皆为圆柱形壳体，所述第二壳体上设置有多个采集孔。

优选地，所述旋转盖内表面设置有多个用于挂持试剂袋的第一挂钩，所述支架上设置有用于挂持标准溶液袋的第二挂钩。

优选地，所述第一壳体与底盖、顶盖之间皆设置有第一防水密封圈，所述第三壳体与顶盖之间设置有第二防水密封圈。

优选地，所述多联体阀组为五联体阀组，所述多通阀为十通阀。

优选地，所述搅拌组件包括搅拌电机，设置在搅拌电机的输出轴上的磁性柱体，及设置在溶液腔体内与磁性柱体相吸的搅拌子。

优选地，所述测量腔体内设置有一安装板，所述多联体阀组、多通阀和注射泵皆设置在安装板上，所述安装板的下部设置有一控制板，所述多联体阀组、多通阀和注射泵皆与控制板电性连接。

优选地，所述顶盖的外部设置有一用于固定测量机构的固定架，所述固定架的内测设置有防水接头，所述防水接头与控制板电性连接。

与现有技术相比，本申请所提供的水质重金属在线分析仪主要有以下有益效果：

(1)、将三电极体系设置在测量机构内，从而达到了密封的效果，可将该分析仪置于海面以下进行监测，实现真正的海水原位监测；

(2)、将测量机构和维护机构进行分段式可拆卸设计，通过拆解维护机构即可直接对分析仪进行试剂、标准溶液更换和工作电极、参比电极的打磨等日常维护操作；

(3)、该分析仪的外壳采用独特的防生物附着和防海水腐蚀设计，在保证分析仪正常运行的情况下，可延长维护周期，进而减少维护工作量；

(4)、采用注射泵作为计量系统，该计量方式在保证准确度和精度的提前下不受分析仪的晃动影响，大大的提高了分析仪的应用场景需求：

(5)、采用差分脉冲-阳极溶出伏安法对海水重金属进行测量，该方法具有很好的准确度和精密度，可实现更低浓度的重金属监测(检出限可达到ppt级别)，分析仪可实现多个不同因子的同时在线监测，大大的减少监测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的第一分解图。

图3是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的第二分解图。

图4是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的第三分解图。

图5是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的部分结构示意图。

图6是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的部分结构分解图。

图7是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例中的测量池剖面视图。

图8是本发明中的水质重金属在线分析仪较佳实施例的流路图。

附图标记：

10-测量机构，20-采水机构，30-维护机构，101-第一壳体，102-底盖，103-顶盖，104-多联体阀组，105-多通阀，106-注射泵，107-测量池，117-溶液腔体，108-搅拌组件，109-对电极，110-工作电极，111-参比电极，201-第二壳体，202-过滤头，301-第三壳体，302-旋转盖，303-支架，211-采集孔，1081-搅拌电机，1082-磁性柱体，1083-搅拌子，112-安装板，113-控制板，304-固定架，305-防水接头。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1至图8所示，本发明较佳实施例提供的一种水质重金属在线分析仪，其包括：测量机构10，所述测量机构10的底部设置有一用于采集水样的采水机构20，所述测量机构10的顶部设置有一可拆卸的维护机构30；所述测量机构10包括：第一壳体101，所述第一壳体101的底部、顶部分别设置有底盖102、顶盖103，所述第一壳体101与底盖102、顶盖103形成一密闭的测量腔体，所述测量腔体内设置有一多联体阀组104，所述多联体阀组104的上侧设置有一多通阀105，所述多通阀105一侧设置有一注射泵106，所述测量腔体的顶部设置有一测量池107，所述测量池107的上部设置有一用于盛放测量溶液的溶液腔体117，所述测量池107上设置有一用于混匀测量溶液的搅拌组件108，所述测量池107的上部设置有对电极109，所述对电极109伸入至溶液腔体117内，所述顶盖103的中部设置有工作电极110和参比电极111，所述工作电极110和参比电极111皆穿出顶盖103至溶液腔体117内；所述维护机构30的顶部挂持有多个试剂袋(图中未示出)，多个所述试剂袋皆与多联体阀组104连通，所述多联体阀组104的出液口与多通阀105连通，所述多通阀105的出液口与溶液腔体117连通，所述多通阀105的另一端与注射泵106连通。

该水质重金属在线分析仪的工作原理是：所述多联体阀组104、多通阀105和注射泵106与控制装置电性连接，该控制装置可以设置在海岸边上的检测房内，通过控制装置控制多联体阀组104、多通阀105和注射泵106，将定量的水样和不同试剂分别输入到测量池107中的溶液腔体117内，通过搅拌组件108对不同组分进行混匀，通过三电极体系(工作电极110、参比电极111和对电极109)采用差分脉冲-阳极溶出伏安法对水样进行测量，通过控制装置对电极信号进行处理后得出测量结果，测量完成后通过注射泵106将测量池107中的溶液排出。

由于海水中重金属浓度之间的差异，采用差分脉冲-阳极溶出伏安法进行测量，该方法具有检出限低(最低可达到ppt级别)、可实现多种监测因子同时测量等特点。

考虑三电极体系中的工作电极110和参比电极111需要定期维护，因此将这两种电极设置在维护机构30内种，可不需要拆卸测量机构10的情况下即可对工作电极110和参比电极111进行维护。

如图6所示，所述工作电极110和参比电极111皆设置在电极安装板上，该电极安装板安装在顶盖103的下表面。

本发明进一步较佳实施例中，所述采水机构20包括第二壳体201，设置在第二壳体201内的过滤头202，及设置在底盖102中部上的水样进液孔(图中未示出)。

考虑采水机构20存在生物附着导致水样进液孔堵塞的问题，采用黄铜材质可防止浮游生物附着，同时在采水机构20中增加过滤头202，对水样进行粗过滤，可减少维护量。

本发明进一步较佳实施例中，所述维护机构30包括第三壳体301，用于盖合第三壳体301的旋转盖302，及设置在旋转盖302内表面的支架303。

该旋转盖302与第三壳体301采用螺纹连接，所述旋转盖302的外表面中部设置有一旋转凸起，通过旋转该旋转凸起即可实现旋转盖302的开启和闭合。

本发明进一步较佳实施例中，所述第一壳体101、第二壳体201和第三壳体301皆为圆柱形壳体，所述第二壳体201上设置有多个采集孔211。

考虑到海洋原位监测的特点，该分析仪的第一壳体101、第二壳体201和第三壳体301皆采用耐腐蚀(高盐度腐蚀)和防生物附着等特性材质，优选为POM。

第一壳体101与底盖102、顶盖103，第三壳体301与顶盖103，第二壳体201与底盖102之间皆通过螺钉连接，考虑到海水对金属的腐蚀，因此外部所有的螺钉均采用不锈钢材质，不锈钢材质的型号优选为316L。

本发明进一步较佳实施例中，所述旋转盖302内表面设置有多个用于挂持试剂袋的第一挂钩312，所述支架303上设置有用于挂持标准溶液袋的第二挂钩313。

考虑到浪潮对该分析仪晃动的影响，所有试剂和标准溶液均采用试剂袋盛装，同时将试剂和标准溶液等组分安装在第二壳体201内，将试剂袋和标准溶液袋的孔位朝下连接多联体阀组104，可确保抽取试剂和标准溶液时不会由于浪潮的晃动而出现抽不到的情况。

考虑试剂和标准溶液的维护方便，采用模块化设计，将试剂袋和标准溶液袋安装在该维护机构30旋转盖302上，可通过直接更换维护腔即可实现试剂和标准溶液的更换，大大的降低了维护的工作量。所述试剂袋和标准溶液袋设置成类似于药品带那种，呈方形设置。

本发明进一步较佳实施例中，所述第一壳体101与底盖102、顶盖103之间皆设置有第一防水密封圈(图中未示出)，所述第三壳体301与顶盖103之间设置有第二防水密封圈(图中未示出)。

由于考虑到该分析仪需要完全浸入海水中，因此整机需要进行严格的密封防水设计，在测量机构10与采水机构20及测量机构10与维护机构30之间皆采用密封圈进行紧固，可防止水的浸入。

本发明进一步较佳实施例中，所述多联体阀组104为五联体阀组，所述多通阀105为十通阀。

如图8所示，该五联体阀组包括用于输入第一种试剂的第一输入口，用于输入第二种试剂的第二输入口，用于输入第三种试剂的第三输入口，用于输入水样的第四输入口，用于输入标准溶液的第五输入口，所述第四输入口与水样进液孔连通，所述第一输入口、第二输入口和第三输入口分别与试剂袋连通，所述第五输入口与标准溶液袋连通。

所述五联体阀组的五个出液口分别与十通阀的五个进液口连通，所述十通阀包括用于排空气的排空气孔、用于连接空气阀的空气阀孔、用于连接填充液的填充液孔、预留孔和用于将溶液输送到测量池107的出液孔，所述出液孔与测量池107的溶液腔体117连通。

所述十通阀的另一端与注射泵106连通，所述注射泵106的另一连接孔与空气相通或与海水相通。

十通阀也就是从外观上看阀上有十个气路孔，阀有两个位置，每个位置都形成五组相邻相通的气路。

注射泵由步进电机及其驱动器、丝杆和支架等构成，具有往复移动的丝杆、螺母，因此也称为丝杆泵。螺母与注射器的活塞相连，能够实现高精度，平稳无脉动的液体传输。

考虑到海洋中存在浪潮会导致分析仪剧烈晃动，采用注射泵106和多通阀105的方案进行不同组分的计量，在保证计量准确的提前下，可不受晃动的影响。

本发明进一步较佳实施例中，所述搅拌组件108包括搅拌电机1081，设置在搅拌电机1081的输出轴上的磁性柱体1082，及设置在溶液腔体117内与磁性柱体1082相吸的搅拌子1083。

所述搅拌子1083包括与磁性柱体1082相吸的金属块，及将金属块包裹住的壳体。所述金属块为优选为铁块，所述壳体优选为聚四氟乙烯壳体，所述搅拌电机优选为步进电机。所述搅拌电机1081靠近磁性柱体1082一端设置有一安装快，通过螺钉将搅拌电机1081安装在安装块上。

如图7所示，所述对电极109位于溶液腔体117的底部，所述测量池107底部设置有一用于容纳磁性柱体1082的凹槽。

本发明进一步较佳实施例中，所述测量腔体内设置有一安装板112，所述多联体阀组104、多通阀105和注射泵106皆设置在安装板112上，所述安装板112的下部设置有一控制板113，所述多联体阀组104、多通阀105和注射泵106皆与控制板113电性连接。当然该测量腔体内还设置有电源，该电源用于控制板113和注射泵106等供电。

本发明进一步较佳实施例中，所述顶盖103的外部设置有一用于固定测量机构30的固定架304，所述固定架304的内测设置有防水接头305，所述防水接头305与控制板113电性连接。

考虑过多的对外接口会增加该分析仪在水中浸水的风险，因此将通讯和供电接口合并成一个，该接口用于安装防水接头305，大大的降低了浸水的风险。

该控制板113板上连接有通讯线缆和供电线缆，将这两个线缆合成一个后与防水接头305电性连接。

综上所述，本发明所提供的水质重金属在线分析仪，包括：测量机构，所述测量机构的底部设置有一用于采集水样的采水机构，所述测量机构的顶部设置有一可拆卸的维护机构；所述测量机构包括：第一壳体，所述第一壳体的底部、顶部分别设置有底盖、顶盖，所述第一壳体与底盖、顶盖形成一密闭的测量腔体，所述测量腔体内设置有一多联体阀组，所述多联体阀组的上侧设置有一多通阀，所述多通阀一侧设置有一注射泵，所述测量腔体的顶部设置有一测量池，所述测量池的上部设置有一用于盛放测量溶液的溶液腔体，所述测量池上设置有一用于混匀测量溶液的搅拌组件，所述测量池的上部设置有对电极，所述对电极伸入至溶液腔体内，所述顶盖的中部设置有工作电极和参比电极，所述工作电极和参比电极皆穿出顶盖至溶液腔体内；所述维护机构的顶部挂持有多个试剂袋，多个所述试剂袋皆与多联体阀组连通，所述多联体阀组的出液口与多通阀连通，所述多通阀的出液口与溶液腔体连通，所述多通阀的另一端与注射泵连通，使得能够实现海水原位监测，通过拆解维护机构即可直接对分析仪进行试剂、标准溶液更换和工作电极、参比电极进行日常维护操作，同时，可延长维护周期，进而减少维护工作量，大大的提高了分析仪的应用场景需求。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水质重金属在线分析仪，其特征在于，包括：

测量机构，所述测量机构的底部设置有一用于采集水样的采水机构，所述测量机构的顶部设置有一可拆卸的维护机构；

所述测量机构包括：第一壳体，所述第一壳体的底部、顶部分别设置有底盖、顶盖，所述第一壳体与底盖、顶盖形成一密闭的测量腔体，所述测量腔体内设置有一多联体阀组，所述多联体阀组的上侧设置有一多通阀，所述多通阀一侧设置有一注射泵，所述测量腔体的顶部设置有一测量池，所述测量池的上部设置有一用于盛放测量溶液的溶液腔体，所述测量池上设置有一用于混匀测量溶液的搅拌组件，所述测量池的上部设置有对电极，所述对电极伸入至溶液腔体内，所述顶盖的中部设置有工作电极和参比电极，所述工作电极和参比电极皆穿出顶盖至溶液腔体内；

所述维护机构的顶部挂持有多个试剂袋，多个所述试剂袋皆与多联体阀组连通，所述多联体阀组的出液口与多通阀连通，所述多通阀的出液口与溶液腔体连通，所述多通阀的另一端与注射泵连通。

2.根据权利要求1所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述采水机构包括第二壳体，设置在第二壳体内的过滤头，及设置在底盖中部上的水样进液孔。

3.根据权利要求2所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述维护机构包括第三壳体，用于盖合第三壳体的旋转盖，及设置在旋转盖内表面的支架。

4.根据权利要求3所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述第一壳体、第二壳体和第三壳体皆为圆柱形壳体，所述第二壳体上设置有多个采集孔。

5.根据权利要求3所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述旋转盖内表面设置有多个用于挂持试剂袋的第一挂钩，所述支架上设置有用于挂持标准溶液袋的第二挂钩。

6.根据权利要求3所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述第一壳体与底盖、顶盖之间皆设置有第一防水密封圈，所述第三壳体与顶盖之间设置有第二防水密封圈。

7.根据权利要求1所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述多联体阀组为五联体阀组，所述多通阀为十通阀。

8.根据权利要求1所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述搅拌组件包括搅拌电机，设置在搅拌电机的输出轴上的磁性柱体，及设置在溶液腔体内与磁性柱体相吸的搅拌子。

9.根据权利要求1所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述测量腔体内设置有一安装板，所述多联体阀组、多通阀和注射泵皆设置在安装板上，所述安装板的下部设置有一控制板，所述多联体阀组、多通阀和注射泵皆与控制板电性连接。

10.根据权利要求9所述的水质重金属在线分析仪，其特征在于，所述顶盖的外部设置有一用于固定测量机构的固定架，所述固定架的内测设置有防水接头，所述防水接头与控制板电性连接。