CN112444487B - 一种水质多参数分析方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水质检测设备技术领域，具体涉及一种水质多参数分析方法及系统，水质多参数分析系统包括进样计量系统、样品室、试剂盒、选择阀、反应装置、清洗剂存放装置、光学测量系统和控制系统；采用本发明提供的水质多参数分析方法可以根据清洗剂的光谱特征来评判不同清洗剂的清洗效果并生成最优清洗策略，达到消除试剂耦合对测量结果的影响，确保多参数测量结果准确的效果。

Description

一种水质多参数分析方法及系统
技术领域
本发明属于水质检测设备技术领域，具体涉及一种水质多参数分析方法及系统。
背景技术
水质多参数分析仪以其测量因子丰富、集成度高、占地小而受到了越来越广泛的关注。常见的水质多参数分析仪可对氨氮、总磷、总氮、营养盐类、COD等多种参数进行在线分析。根据分光光度法污染物测定原理，不同的目标污染物在添加指示试剂后会在特征波长处产生吸光度峰值。借助于先进的光谱测量技术，可以同时测取样品在不同特征波长处的吸光度，从而计算出目标污染物的浓度。已集成化、智能化为特征的水质多参数分析仪在环境在线监测领域得到了广泛的应用。受限于光谱测量系统的成本，水质多参数分析仪通常共用一套或多套进样计量系统，一套光学测量系统，为此公共流路的试剂残留会对相邻分析参数的测量产生影响，从而限制了其测量性能。因此如何保证相邻两次的样品测量结构不会相互影响成为水质多参数分析仪所必须解决的问题。
中国专利CN106556598A公开了一种用于海水原位营养盐自动分析装置，该装置各参数共用一套进样计量装置，但设计了4个独立的光学比色测量装置用于进行不同参数的光学测量。各参数样品与试剂均在注射器中混合完成后推入光学比色装置中进行测量。对于该装置其公共流路即为注射器部分，公开文件中并未提及如何保证公共流路的试剂残留不会影响下一参数的测量。
中国专利CN107782724A中公开了一种营养盐原位分析仪及营养盐含量分析方法，该装置各参数分析共用一套进样计量装置与一套比色检测器。各参数样品与设计均在注射器中混合完成后推入比色检测器中进行测量。对于该装置其公共流路即为注射器与比色检测器，公开文件中并未提及如何保证公共流路的试剂残留不会影响下一参数的测量。
中国专利CN107643410A中公开了一种样本分析仪及样本分析仪的清洗控制方法，该方法是根据待测参数的检测值与累积量来评估是否需要进行清洗，是一种被动清洗策略，并不能够灵活的根据样品残留情况进行清洗。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种水质多参数分析方法及系统，可以消除试剂耦合对多参数测量结果的影响，确保多参数测量结果的准确性。
为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：
本发明提供一种水质多参数分析方法，包括，
1)将样品和第i个试剂混合，获得第i个反应液；
2)将第i个反应液进样至比色池处，获取特征波长λi处的吸光度值；
3)根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，清洗结束后将清洗剂排空；
其中，i＝1,2,…,N，N为样品检测的参数个数，N个参数的检测顺序预先设定。
优选的，所述根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，包括，
31)判断第i个反应液的清洗策略是否存在，若存在，则直接采用第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，若不存在，则转至步骤32)；
32)采用蒸馏水作为清洗剂清洗公共回路，判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用蒸馏水清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用蒸馏水清洗第i个反应液所需的清洗次数m1，并将采用蒸馏水清洗m1次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若蒸馏水对第i个反应液的清洗无效，则采用酸性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用酸性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用酸性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m2，并将采用酸性试剂清洗m2次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若酸性试剂对第i个反应液的清洗无效，则采用碱性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用碱性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用碱性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m3，并将采用碱性试剂清洗m3次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若碱性试剂对第i个反应液的清洗无效，则输出报警信号。
优选的，所述判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，包括，
当Ai+1,1/Ai+1,2>5时，则判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，
其中，
Ai+1,1为采用该清洗剂第一次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度；
Ai+1,2为采用该清洗剂第二次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度。
优选的，所述判断是否满足清洗结束条件为，满足下式时清洗结束：
Ai+1,k<bA(i+1)，k＝1,2,…
其中，
Ai+1,k为采用清洗剂清洗公共回路k次后，蒸馏水在特征波长λi+1处的吸光度；
b为调节系数，b＝5～10；
A(i+1)为特征波长λi+1处的空白吸光度。
优选的，所述根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，还包括，
每次采用清洗剂清洗公共回路后对总清洗次数进行判断，当总清洗次数达到预设值时，停止清洗，并输出报警信号。
优选的，当所有反应液测试完毕后，采用酸性试剂对公共回路进行清洗。
优选的，N个参数的检测顺序根据样品和N个试剂的反应时长由短到长依次确定。
本发明另一方面提供一种水质多参数分析系统，包括进样计量系统、样品室、试剂盒、选择阀、反应装置、清洗剂存放装置、光学测量系统和控制系统；
所述进样计量系统与选择阀相连；
所述选择阀的多个进样口分别与样品室、清洗剂存放装置和试剂盒相连，选择阀的多个出样口分别与反应装置和光学测量系统相连；
所述控制系统与进样计量系统、选择阀、光学测量系统电连接。
优选的，所述光学测量系统包括光源、分光光度计和比色池。
优选的，所述清洗剂存放装置数量为多个，清洗剂存放装置用于存放蒸馏水、酸性试剂和碱性试剂。
本发明的有益效果：
1、本发明可以确保公共回路的反应液残留不会对下一次参数测量产生影响，消除试剂耦合对测量结果的影响，确保多参数测量结果的准确性；
2、本发明采用清洗剂的光谱特征来评判公共回路反应液残留对后续测量的影响，可自动根据清洗剂的光谱特征来评判不同清洗剂的清洗效果并自动生成最优清洗策略；
3、本发明将最优清洗策略进行存储，下次可直接调用相应的最优清洗策略进行公共回路清洗，可以降低清洗剂消耗，提高运行效率；
4、本发明在所有参数测量完成后，采用酸试剂对公共回路进行清洗，可以降低生成沉淀的概率。
附图说明
图1为本发明提供的水质多参数分析方法的测量流程图；
图2为本发明提供的清洗策略的流程图；
图3为本发明提供的水质多参数分析系统的结构图。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种水质多参数分析方法，参见图1，包括以下步骤，
1)将样品和第i个试剂混合，获得第i个反应液，
其中，i＝1,2,…,N，N为样品检测的参数个数，N个参数的检测顺序预先设定。
2)将第i个反应液进样至比色池处，通过光学测量系统获取特征波长λi处的吸光度值。
3)根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，包括：
31)判断第i个反应液的清洗策略是否存在，若存在，则直接采用第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，若不存在，则转至步骤32)；
32)参加图2，采用蒸馏水作为清洗剂清洗公共回路，判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用蒸馏水清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用蒸馏水清洗第i个反应液所需的清洗次数m1，并将采用蒸馏水清洗m1次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗。
若蒸馏水对第i个反应液的清洗无效，则采用酸性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用酸性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用酸性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m2，并将采用酸性试剂清洗m2次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗。
若酸性试剂对第i个反应液的清洗无效，则采用碱性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用碱性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用碱性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m3，并将采用碱性试剂清洗m3次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗。
若碱性试剂对第i个反应液的清洗无效，则输出报警信号。
所述判断清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，包括，
当Ai+1,1/Ai+1,2>5时，则判断该清洗剂对第i个反应液的清洗有效，
其中，
Ai+1,1为采用该清洗剂第一次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度；
Ai+1,2为采用该清洗剂第二次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度。
其中，公共回路为反应液流经的管路。
所述判断是否满足清洗结束条件，包括满足下式时清洗结束：
Ai+1,k<bA(i+1)，k＝1,2,…
其中，
Ai+1,k为采用清洗剂清洗公共回路k次后，蒸馏水在特征波长λi+1处的吸光度；
b为调节系数，b＝5～10；
A(i+1)为特征波长λi+1处的空白吸光度。
4)将清洗剂排空，将第i+1个反应液进样至比色池处，获取特征波长λi+1处的测量信息，并采用相应的清洗策略对公共回路进行清洗，直至所有反应液测试完毕。
5)采用酸性试剂对公共回路进行清洗。
优选的，N个参数的检测顺序根据样品和N个试剂的反应时长由短到长依次确定。反应时长短的参数优先测量，可以减少总测量时间。
当N个参数的检测顺序改变时，需要更新反应液的清洗策略。
优选的，采用第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗过程中，在每次采用清洗剂清洗公共回路后对总清洗次数进行判断，当总清洗次数达到预设值时，停止清洗，并输出报警信号。
本发明实施例还提供一种水质多参数分析系统，参见图3，包括进样计量系统、样品室、试剂盒、选择阀、反应装置、清洗剂存放装置、光学测量系统和控制系统。试剂盒和清洗剂存放装置位于试剂仓内。进样计量系统与选择阀相连。选择阀的多个进样口分别与样品室、清洗剂存放装置和试剂盒相连，选择阀的多个出样口分别与反应装置和光学测量系统相连。
其中，选择阀与光学测量系统之间的管路一和选择阀与反应装置之间的管路二为公共回路。
其中，光学测量系统包括光源、分光光度计和比色池，光源可采用宽光谱光源(如氙灯)，分光光度计采用微型分光光度计，比色池材质为石英。
清洗剂存放装置数量为多个，清洗剂存放装置的个数可根据实际采用的清洗剂种类进行配置，清洗剂存放装置用于存放蒸馏水、酸性试剂和碱性试剂等清洗剂。酸性试剂可采用盐酸、硫酸等试剂配置，碱性试剂可采用氢氧化钠、氢氧化钾等试剂配置。
样品室用于存放待检测样品。
试剂盒用于存放与样品反应的试剂，试剂盒的数量可根据实际需要待检测的参数进行确定，若需要对样品进行N个参数的分析，则需要配备N个试剂盒。
样品与试剂在反应装置内反应生成反应液，可配备N个反应装置并行进行反应，也可配备单个反应装置，依次顺序进行反应。
控制系统与进样计量系统、选择阀、光学测量系统电连接，控制系统用于控制样品的检测流程及公共回路的清洗流程。
实际使用中，样品与试剂通过进样计量系统加入到反应装置中，反应完成后，反应液通过进样计量系统加入到光学测量系统中进行光谱分析(见图1)，检测N个参数所对应的特征波长(λ1，λ2……λN)处的测量信息，计算得到吸光度等光学测量量。在单个反应液测量完成后，清洗剂通过进样计量系统进入公共回路，对公共回路进行清洗，并采用光学测量系统检测清洗后的清洗剂是否对下一次的参数测量产生影响，待清洗剂对下一次的参数测量无影响时，将清洗剂排空，进行下一次的参数测量。待所有参数测量完成后，采用酸试剂对公共回路进行清洗并复位。
实施例1
采用水质多参数分析系统测量样品中的总磷含量和总氮含量。实际测试中，总磷、总氮反应时间为20分钟，选择先测量样品中总磷含量，再测量样品中的总氮含量。参见图2，将总磷的反应液进样比色池后，进行光学测量获取总磷的特征波长700nm处的比色度值。测量结束后，随后调用清洗策略对比色池等公共回路进行清洗。首次进行总磷和总氮含量测量时，控制系统尚未存储相应的清洗策略，此时默认首先用蒸馏水清洗，后期会根据历史记录选择最佳的清洗策略。当蒸馏水填充比色池后，光学测量系统对蒸馏水进行光学测量，以获取总氮的特征波长220nm与275nm处的测量信息，用于评估清洗后总磷的反应液残留是否会对总氮的测量产生影响。经过蒸馏水清洗后发现蒸馏水在220nm与275nm处仍具有较强的吸光度，第一次清洗后的蒸馏水在220nm与275nm处的吸光度与第二次清洗后的蒸馏水在220nm与275nm处的吸光度的比值小于5，因此总磷的反应液残留会对总氮测量产生影响，并且当前蒸馏水清洗策略失效，需要加入试剂进行清洗。此时，控制系统默认清洗状态变量为酸性试剂，首先用酸性试剂进行清洗，清洗后发现酸性试剂在220nm与275nm处仍具有较强的吸光度，第一次清洗后的酸性试剂在220nm与275nm处的吸光度与第二次清洗后的酸性试剂在220nm与275nm处的吸光度的比值小于5，因此总磷的反应液残留仍会对总氮测量产生影响，且控制系统会记录酸性试剂对该总磷的反应液清洗效果不佳。此时清洗状态变量为碱性试剂，采用碱性试剂对公共回路进行清洗，清洗L次后发现碱性试剂在220nm与275nm处的吸光度降至较低水平，与220nm与275nm处的空白吸光度处于同一数量级，此时总磷的反应液残留不会对总氮测量产生影响，因此，控制系统将碱性试剂清洗和清洗次数L次作为清洗策略进行存储，下一次将直接调用该清洗策略进行清洗。将碱性试剂排空后进行总氮参数测量。总氮测量结束后再次用酸性试剂清洗公共回路，以降低沉淀概率。
实施例2
采用水质多参数分析系统测量样品中的氨氮含量和总氮含量。实际测试中，氨氮反应时间为10分钟，总氮反应时间为20分钟，选择先测量样品中氨氮含量，再测量样品中的总氮含量。将氨氮的反应液进样比色池后，进行光学测量获取氨氮的特征波长698nm处的比色度值。测量结束后，随后调用清洗策略对比色池等公共流路进行清洗。首次进行氨氮和总氮含量测量时，控制系统尚未存储相应的清洗策略，此时默认首先用蒸馏水清洗，后期会根据历史记录选择最佳的清洗策略。当蒸馏水填充比色池后，光学测量系统对蒸馏水进行光学测量，以获取总氮的特征波长220nm与275nm处的测量信息，用于评估清洗后氨氮的反应液残留是否会对总氮的测量产生影响。经过蒸馏水清洗后，发现蒸馏水在220nm与275nm处仍具有较强的吸光度，第一次清洗后的蒸馏水在220nm与275nm处的吸光度与第二次清洗后的蒸馏水在220nm与275nm处的吸光度的比值小于5，则评估公共回路中氨氮的反应液残留会对总氮的测量产生影响，且当前蒸馏水清洗策略失效，需要加入其他试剂进行清洗。此时，控制系统默认清洗状态变量为酸性试剂，首先用酸性试剂进行清洗，清洗P次后发现220nm与275nm处的吸光度降至较低水平，与220nm与275nm处的空白吸光度处于同一数量级，此时氨氮的反应液残留不会对总氮测量产生影响，因此，控制系统将酸性试剂清洗和清洗次数P次作为清洗策略进行存储，下一回将直接调用该清洗策略进行清洗。将酸性试剂排空后进行总氮参数测量。总氮测量结束后再次用酸性试剂清洗公共回路，以降低沉淀概率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水质多参数分析方法，其特征在于，包括，
1)将样品和第i个试剂混合，获得第i个反应液；
2)将第i个反应液进样至比色池处，获取特征波长λi处的吸光度值；
3)根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，清洗结束后将清洗剂排空，包括：
31)判断第i个反应液的清洗策略是否存在，若存在，则直接采用第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，若不存在，则转至步骤32)；
32)采用蒸馏水作为清洗剂清洗公共回路，判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用蒸馏水清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用蒸馏水清洗第i个反应液所需的清洗次数m1，并将采用蒸馏水清洗m1次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若蒸馏水对第i个反应液的清洗无效，则采用酸性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用酸性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用酸性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m2，并将采用酸性试剂清洗m2次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若酸性试剂对第i个反应液的清洗无效，则采用碱性试剂作为清洗剂清洗公共回路；判断该清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，若有效，则继续采用碱性试剂清洗公共回路并判断是否满足清洗结束条件；
若满足则记录采用碱性试剂清洗第i个反应液所需的清洗次数m3，并将采用碱性试剂清洗m3次作为第i个反应液的清洗策略进行存储；否则，继续采用该清洗剂清洗；
若碱性试剂对第i个反应液的清洗无效，则输出报警信号；
其中，判断清洗剂对第i个反应液的清洗是否有效，包括，
当Ai+1,1/Ai+1,2>5时，则判断该清洗剂对第i个反应液的清洗有效，
其中，
Ai+1,1为采用该清洗剂第一次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度；
Ai+1,2为采用该清洗剂第二次清洗公共回路后，该清洗剂在特征波长λi+1处的吸光度；
所述判断是否满足清洗结束条件为，满足下式时清洗结束：
Ai+1,k<bA(i+1)，k＝1,2,…
其中，
Ai+1,k为采用清洗剂清洗公共回路k次后，蒸馏水在特征波长λi+1处的吸光度；
b为调节系数，b＝5～10；
A(i+1)为特征波长λi+1处的空白吸光度；
其中，i＝1,2,…,N，N为样品检测的参数个数，N个参数的检测顺序预先设定。
2.根据权利要求1所述的一种水质多参数分析方法，其特征在于，所述根据第i个反应液的清洗策略对公共回路进行清洗，还包括，
每次采用清洗剂清洗公共回路后对总清洗次数进行判断，当总清洗次数达到预设值时，停止清洗，并输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的一种水质多参数分析方法，其特征在于，还包括，
当所有反应液测试完毕后，采用酸性试剂对公共回路进行清洗。
4.根据权利要求1所述的一种水质多参数分析方法，其特征在于，N个参数的检测顺序根据样品和N个试剂的反应时长由短到长依次确定。
5.一种水质多参数分析系统，其特征在于，包括进样计量系统、样品室、试剂盒、选择阀、反应装置、清洗剂存放装置、光学测量系统和控制系统；
所述进样计量系统与选择阀相连；
所述选择阀的多个进样口分别与样品室、清洗剂存放装置和试剂盒相连，选择阀的多个出样口分别与反应装置和光学测量系统相连；
所述控制系统与进样计量系统、选择阀、光学测量系统电连接；
所述选择阀与光学测量系统之间的管路和选择阀与反应装置之间的管路为公共回路；
所述系统采用权利要求1至4任意一项所述的水质多参数分析方法进行水质参数分析并对公共回路进行清洗。
6.根据权利要求5所述的一种水质多参数分析系统，其特征在于，所述光学测量系统包括光源、分光光度计和比色池。
7.根据权利要求5所述的一种水质多参数分析系统，其特征在于，所述清洗剂存放装置数量为多个，清洗剂存放装置用于存放蒸馏水、酸性试剂和碱性试剂。
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