CN110501391A - 一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，固定底座上固定有检测仪；检测仪上设有工作电极安装端，工作电极安装端上设有工作电极插口及电极卡位装置；检测仪上设有工作电极安装部件；工作电极安装部件将工作电极插入工作电极插口；检测仪壳体上设有电极容纳腔，电极容纳腔内设置电极固定机构；检测方法的步骤包括：1)电极的安装；2)待测金属离子的富集阶段；3)富集金属溶出阶段；4)信号处理；5)结果输出；本发明体积小，方便携带，且内设检测电极更换装置，能够在电极使用完之后进行自动更换电极，操作简便，使用方便，且使用范围广。

Description

一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置及其方法

技术领域

本发明属于水质检测技术领域，尤其涉及一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置及其方法。

技术背景

随着工业化、城镇化和农村集约化的快速发展，矿山开采和冶炼、城市污水排放、含重金属的农药和除草剂的大量使用以及畜牧业粪污的过量还田等都导致环境中的重金属累积量不断增加。重金属排入环境后不易被除去，通过食物链进入人体后，会使蛋白质的结构发生不可逆的改变，从而影响组织细胞功能，严重影响人体的健康。重金属中毒对机体的危害是多系统、多器官、多指证和不可逆的。因此，重金属的检测对于人类的健康和生态环境的改善具有重要的意义。近年来，大量的检测技术已经投入到重金属离子检测中，包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、阳极剥离伏安法、X射线荧光光谱法和微探针法等。但是这些检测方法都存在样品需要预处理、测试的周期长和检测限高的缺陷。

很多现有技术公开了石墨烯电极能够检测水中重金属离子的浓度，石墨烯电极的检测原理是利用石墨烯或其功能性修饰材料的对重金属离子的吸附作用，但是目前尚缺少有效地解吸手段，电极重现性差，只能单次使用，极大的限制了石墨烯电极在水中重金属检测的应用。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置及其方法，本发明体积小，方便携带，且内设工作电极更换装置，能够在电极使用完之后进行自动更换电极，操作简便，使用方便，且本发明装置能够与多种工作电极匹配使用，使用者可以根据需求切换不同种类的电极，对重金属离子检测灵敏度高，且使用范围广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，包括有固定底座，固定底座上的杆体上端固定有检测仪；检测仪的下端设有工作电极安装端，工作电极安装端上设有工作电极插口及电极卡位装置，工作电极插口用于安装工作电极；电极卡位装置对工作电极进行卡位；

工作电极安装端的左侧设有工作电极安装部件；工作电极安装部件包括电极固定件以及移动机构，电极固定件为机械抓手，移动机构为XYZ三维移动机构，移动机构带动工作电极进行三维移动；工作电极安装部件将工作电极插入工作电极插口；

检测仪壳体上还设有电极容纳腔，电极容纳腔内设置电极固定机构。

所述的工作电极容纳腔以及工作电极安装部件组成工作电极更换装置。

所述的工作电极容纳腔内可容纳多个工作电极。

所述的工作电极更换装置还包括已使用工作电极回收装置，用于将使用了的工作电极回收并存储。

所述的工作电极为氮掺杂石墨烯(NG)修饰电极或石墨烯-纳米金 /玻碳电极。

所述的检测仪内设有微处理器，微处理器分别与显示装置、通信装置、电极更换装置、电极卡位装置、滤波电路相连；滤波电路通过前置放大电路分别与工作电极、辅助电极、参比电极相连；所述便携式重金属检测装置的通信装置还与云服务器相连。

一种利用便携式重金属检测装置分析样品中重金属的方法，包括以下步骤：

1)电极的安装：通过工作电极安装部件更换新的工作电极；

2)待测金属离子的富集阶段：通过恒电位仪，在工作电极表面施加一个较负的电位，使待检金属离子在工作电极表面还原、富集生成金属单质；

3)富集金属溶出阶段：通过电位正向扫描，使工作电极表面的金属单质溶出，此时在丝网印刷电极表面会产生突跃信号；

4)信号处理：突跃信号经过电流电压变换电路和电压放大滤波电路，该信号被送至模数转换器和嵌入式系统，嵌入式系统对转换后的数据处理后，形成特定的扫描图谱；

5)结果输出：根据以其内置标准曲线，直接换算获得待测样品中重金属离子的含量。

本发明创造的有益效果是：

本发明便携式重金属检测装置体积小，方便携带，且内设工作电极更换装置，能够在电极使用完之后进行自动更换电极，操作简便，使用方便，且本发明装置能够与多种石墨烯电极匹配使用，使用者可以根据需求切换不同种类的电极，对重金属离子检测灵敏度高，且使用范围广。

附图说明

图1为本发明便携式重金属检测装置结构示意图。

图2(a)为本发明工作电极容纳腔的示意图。

图2(b)为本发明工作电极安装部件与电极固定件、工作电极的结构示意图。

图3为本发明检测装置的原理框图。

图中：1-检测仪，2-显示装置，3-工作电极，4-工作电极容纳腔，5-工作电极安装部件，5-1-电极固定件，5-2-移动机构，6-工作电极安装端，7-水样瓶，8-固定底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1、图2(a)，一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，包括有固定底座8，固定底座8上的杆体上端固定有检测仪1；检测仪1的下端设有工作电极安装端6，工作电极安装端6上设有工作电极插口及电极卡位装置，工作电极插口用于安装工作电极；电极卡位装置对工作电极进行卡位，实现电极的固定。

参见图2(b)，工作电极安装端6左侧的检测仪1上设有工作电极安装部件5；工作电极安装部件5包括电极固定件5-1以及移动机构5-2，电极固定件5-1为机械抓手，移动机构5-2为XYZ三维移动机构，移动机构5-2带动工作电极3进行三维移动；工作电极安装部件5将工作电极插入工作电极插口后。

工作电极安装部件5左侧的检测仪1壳体上还设有电极容纳腔4，电极容纳腔4内设置电极固定机构。所述的工作电极容纳腔4以及工作电极安装部件5组成工作电极更换装置。

进行电极更换时，工作电极安装部件5的电极固定件5-1固定已使用的工作电极，工作电极安装端6的电极卡位装置松开对所述工作电极的卡位，工作电极安装部件5带动所述工作电极进行三维移动，将其丢弃，之后，工作电极安装部件5从工作电极容纳腔4内取出一个工作电极，并将其插入工作电极安装端6的工作电极插口，电极卡位装置对工作电极进行卡位。

在电极固定件5-1固定工作电极后，电极固定机构松开工作电极，移动机构5-2带动电极3进行三维移动。

所述的工作电极容纳腔4内容纳多个工作电极。

所述的工作电极更换装置还包括已使用工作电极回收装置，用于将使用了的工作电极回收并存储。进行电极更换时，工作电极安装部件5的电极固定件5-1固定已使用的工作电极，工作电极安装端6的电极卡位装置松开对所述工作电极的卡位，工作电极安装部件5带动所述工作电极进行三维移动，将其放入已使用工作电极回收装置中，之后，工作电极安装部件5从工作电极容纳腔4内取出一个工作电极，并将其插入工作电极安装端6的工作电极插口，电极卡位装置对工作电极进行卡位。

所述的工作电极容纳腔4内容纳多个工作电极，进行一次检测之后，所述的工作电极安装部件5卸载当前电极，并从所述的工作电极容纳腔4取出新的工作电极进行安装。检测时，工作电极3伸入水样瓶7内。

参见图3，所述的检测仪内设有微处理器，微处理器分别与显示装置2、通信装置、电极更换装置、电极卡位装置、滤波电路相连；滤波电路通过前置放大电路分别与工作电极、辅助电极、参比电极相连；电源装置给各用电部件供电；所述的检测仪包括工作电极3以及工作电极更换装置；所述检测仪1的微处理器还包括通信装置，能够与可移动终端进行通信，将检测数据发送到可移动终端，在可移动终端上显示检测数据；所述便携式重金属检测装置的通信装置还与云服务器相连，，实现检测数据的共享与存储；所述的检测仪1上还设有参比电极，辅助电极。

所述的工作电极为氮掺杂石墨烯(NG)修饰电极或石墨烯-纳米金 /玻碳电极。

所述工作电极容纳腔内容纳多种工作电极，所述工作电极安装部件根据用户指令安装特定种类的电极。

一种利用便携式重金属检测装置分析样品中重金属的方法，包括以下步骤：

1)电极的安装：通过工作电极安装部件更换新的工作电极；

2)待测金属离子的富集阶段：通过恒电位仪，在工作电极表面施加一个较负的电位，使待检金属离子在工作电极表面还原、富集生成金属单质；

3)富集金属溶出阶段：通过电位正向扫描，使工作电极表面的金属单质溶出，此时在丝网印刷电极表面会产生突跃信号；

4)信号处理：突跃信号经过电流电压变换电路和电压放大滤波电路，该信号被送至模数转换器和嵌入式系统，嵌入式系统对转换后的数据处理后，形成特定的扫描图谱；

5)结果输出：根据以其内置标准曲线，直接换算获得待测样品中重金属离子的含量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，包括有固定底座(8)，固定底座(8)上的杆体上端固定有检测仪(1)；检测仪(1)的下端设有工作电极安装端(6)，工作电极安装端(6)上设有工作电极插口及电极卡位装置，工作电极插口用于安装工作电极(3)；电极卡位装置对工作电极进行卡位；

工作电极安装端(6)左侧的检测仪1上设有工作电极安装部件(5)；工作电极安装部件(5)包括电极固定件(5-1)以及移动机构(5-2)，电极固定件(5-1)为机械抓手，移动机构(5-2)为XYZ三维移动机构，移动机构(5-2)带动工作电极(3)进行三维移动；工作电极安装部件(5)将工作电极插入工作电极插口；

工作电极安装部件(5)左侧的检测仪(1)壳体上设有电极容纳腔(4)，电极容纳腔(4)内设置电极固定机构。

2.根据权利要求1所述的一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，其特征在于，所述的工作电极容纳腔(4)内可容纳多个工作电极。

3.根据权利要求1所述的一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，其特征在于，所述的工作电极容纳腔(4)以及工作电极安装部件5组成工作电极更换装置，所述的工作电极更换装置还包括已使用工作电极回收装置，用于将使用了的工作电极回收并存储。

4.根据权利要求1所述的一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，其特征在于，所述的工作电极为氮掺杂石墨烯修饰电极或石墨烯-纳米金/玻碳电极。

5.根据权利要求1所述的一种可自动更换电极的便携式重金属检测装置，其特征在于，所述的检测仪内设有微处理器，微处理器分别与显示装置、通信装置、电极更换装置、电极卡位装置、滤波电路相连；滤波电路通过前置放大电路分别与工作电极、辅助电极、参比电极相连；所述便携式重金属检测装置的通信装置还与云服务器相连。

6.一种利用便携式重金属检测装置分析样品中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)电极的安装：组装便携式重金属检测装置，通过工作电极安装部件更换新的工作电极；

2)待测金属离子的富集阶段：通过恒电位仪，在工作电极表面施加一个较负的电位，使待检金属离子在工作电极表面还原、富集生成金属单质；

3)富集金属溶出阶段：通过电位正向扫描，使工作电极表面的金属单质溶出，此时在丝网印刷电极表面会产生突跃信号；

4)信号处理：突跃信号经过电流电压变换电路和电压放大滤波电路，该信号被送至模数转换器和嵌入式系统，嵌入式系统对转换后的数据处理后，形成特定的扫描图谱；

5)结果输出：根据以其内置标准曲线，直接换算获得待测样品中重金属离子的含量。