CN114280316A - 一种全自动cod分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全自动化学需氧量分析仪，包括冷凝模块、加热模块、样品管模块、直线模组、步进电机，以及外箱体、颜色传感器、光源、自动控制器，其中，冷凝模块包括冷凝管圆盘、冷凝水管路；样品管模块包括样品管转盘，表面设有两圈或多圈样品管插孔，并且每个样品管插孔垂直对应于冷凝管圆盘的插孔；加热模块表面设有两圈或多圈孔状的加热孔，每个加热孔中设有加热块，其中每个加热孔垂直对应于每个样品管插孔，以容纳样品管。由于样品管或样品杯在垂直方向固定不动，使得冷凝模块根据指令对冷凝管进行冷却、加热模块对样品管或样品杯进行冷加热，并通过直线模块实现冷凝管和加热模块分别脱离样品管，从而实现对滴定样品的同时或差异化的高通量处理。

Description

一种全自动COD分析装置

技术领域

本发明涉及环保检测领域的化学需氧量(COD)的测定仪，具体涉及一种能实现高通量样品管消解和滴定的全自动化学需氧量分析仪，属于分析化学检测领域。

发明背景

化学需氧量(Chemical-Oxygen-Demand)，简称COD，是指在一定的条件下水体中溶解性物质与悬浮物所消耗的强氧化剂重铬酸钾相对应的氧的质量浓度，以mg/L计。它是表示水体中还原性物质的综合指标。水体中的COD过高，表明有机物污染是很严重，会破坏环境和生物群落的平衡，引起水体恶化。因此，COD是污水处理厂的一个重要的参数，也是环保监测的一项重要指标。

传统的化学需氧量根据氧化试剂的不同分为高锰酸盐法(也称为高锰酸盐指数)和重铬酸钾法，对应也建立了相应的国家标准，高锰酸盐指数对应的现行国家标准为《GB11892-1989水质高锰酸盐指数的测定》，重铬酸钾法测定化学需氧量的现行国家标准为《HJ828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(以下简称《HJ 828-2017标准》)，按照标准方法现有的测定方案全程为手动测定，需要用户配备回流装置、加热装置、酸式滴定管等(详见标准3-4页)手工操作设备，并按照标准要求(详见标准4-5页)进行手工试剂添加、高温回流消解、手工颜色终点滴定等步骤，可广泛适用于地表水、生活污水和工业废水中化学需氧量的测定，具有测试范围广，重现性好，去干扰性强，准确度和精密度高等优点，但在使用依然存在以下问题：

(1)该方法严格地规定了测试步骤，如加热消解时间、溶液酸度、氧化剂和催化剂的用量等条件指标，在采用手工法测定中，不同测试人员会不可避免地产生测试误差。

(2)此方法耗时长、所需试剂和用具较多、劳动强度大，大批量样品测定时效率低。

(3)实验过程中所接触到的试剂对人体有一定的危害，实验中由于高温消解释放出的气体也对测试人员的健康有一定负面影响。

(4)该方法严格规定了，对于重金属试剂(如硫酸汞、重铬酸钾标准溶液)应当加入消解瓶(即锥形瓶)，同时防止防爆沸玻璃珠进行摇匀。对于低沸点试剂(如硫酸银-硫酸溶液)应当从从冷凝管上端缓慢加入，以防止低沸点有机物的逸出。这就决定了不同试剂，加入方式应当不同，因此需要设置不同的加液装置。

根据上述标准的要求，市场上出现了解决用户部分工作的半自动类仪器设备，例如符聪雨(化学需氧量自动滴定装置的研究，《当代化工研究》，2019年第3期)设计研发一种COD自动滴定装置。该装置利用颜色传感器而模拟人眼识别溶液颜色，并根据颜色智能调控滴定速度，从而准确快速确定滴定终点。滴定装置由滴定池、注射器、颜色传感器和电磁搅拌电机组成，由聚四氟乙烯材质的毛细管和三通电磁阀连接。滴定池放置于交流搅拌电机上，内置搅拌子。注射器位于滴定池上方，通过毛细管与三通电磁阀连接，三通电磁阀打开状态通过毛细管连接硫酸亚铁铵标准溶液，三通电磁阀打开状态通过毛细管插入滴定池内部。颜色传感器固定于滴定池下方距平面10cm高的位置。使用中，将三通阀切换至a口，注射泵抽取硫酸亚铁铵标准溶液；消解后已冷却的待测溶液加入指示剂后转移至滴定池中；打开电磁搅拌电机；切换三通阀至b口，注射泵开始以一定速度进行滴定，待颜色传感器感应到目标颜色时，输出信号，注射泵停止工作；输出硫酸亚铁铵消耗量至电脑软件，软件计算并显示测定结果。然而，该装置主要通过改造进样、加液和滴定的管路及其电磁阀，仅仅实现有限数量的样品管的自动滴定，不能实现高通量或大批样品管的冷凝和滴定。

中国发明申请CN201810059775.4、“一种实验室COD自动分析机器人”，公开了利用自动化机械装置，实现了从样品添加到消解回流以及颜色滴定的全过程自动分析，解决了全自动的应用需求。但是该方案运用的机械拟人方案，采用多个机械夹爪组、多套移动加液臂等诸多机械控制部件，在实际生产运用过程中，存在机械结构设计难度和整机故障率较高、生产组装难度较大、整机可靠性偏低等不足；且方案中的玻璃魔口转移配合容易导致配合不紧密引发的数据偏差、配合过程中磕碰引发的部件损坏等故障。

中国发明专利申请202010197092.2、“一种全自动化学需氧量分析仪及其工作流程”公开了含有自动滴定单元的分析仪，其中该自动滴定单元包含下加液组件和下传动机构以及检测单元、光源支架、磁力搅拌机构、光学传感器等，其中下传动机构，包括下底座滑台；所述下底座滑台可滑动的安装于下加液传动机构的导轨上；所述下底座滑台上安装有下加液臂；所述下加液臂上可设置若干试剂通道；所述磁力搅拌机构，也安装于下底座滑台上；当下加液组件移动到某消解滴定位时，所述磁力搅拌机构正好位于该消解滴定位的正下方，所述下加液臂的试剂通道出口正好位于该消解滴定位的正上方。该装置的下底座滑台和下加液臂结构较为复杂，并且待滴定定位只能水平方向移动，影响滴定速度。

中国专利申请CN201110204582.1、发明名称“一种COD全自动在线监测系统及其监测方法”公开了一种包含电动注射器、光学定量装置、多通转接器、反应池的监测装置。操作过程中，通过电动注射器抽气使得光学定量装置产生负压，从而驱使测定液、各种反应试剂通过多通转接器的进样通道进入光学定量装置中，然后再通过电动注射器压入气体，使得光学定量装置中的液体逐一进入反应池中进行消解反应。反应过程中，反应池中设置的检测电极实时监测溶液的电流变化值，从而确定反应终点。反应结束后，再次通过电动注射器抽气，使得废液经过多通转接器以及废液流路而流向废液池。虽然该发明较为简单，但不足在于：需要额外设置类似于缓冲池的光学定量装置，如果一次容纳全部的反应溶液，则导致提前发生消解反应而产生有害气体、热量而难以控制；如果逐一加入和转移反应溶液，则又导致反应溶液存在过度的残留；该发明利用在反应池中监测电流信号的变化值，而完全不同于现有的滴定池装置，因此不利于对已有的COD检测仪的改进和应用；此外，该发明采用电位滴定法进行测定，与本发明检测标准存在实质性差异，其中采用高压高温快速消解，仅能够完成单个样品的吸取、试剂添加、滴定分析等，无法实现实验室大批量多通道循环快速分析。

中国发明专利申请CN201510416372.7、发明名称“一种用于COD检测的定容进液计量方法与装置”公开了可以自动定溶体积并减少取液累计误差的装置，其发明点在于联合激光三角法测距原理结合直线步进电机定位以及水平移动杆技术，实现了高精度、灵活随机、连续定容取液，从而保证了溶液体积计量的精度，以及改变了传统机械式固定容量取液的弊端，具有较高的效果。中国专利申请CN201521028392.9、发明名称“化学需氧量检测仪”公开了一种，包括采样泵、多通阀、高温高压消解室、控制器的检测仪。其相对于现有测定仪的改进之处是在多通阀与消解室中设置高压电磁阀，其可根据电脑指示进行开关液体流路，以防止高压气体对多通阀的冲击。此外，在消解室底部的废液出口也设置了高压电磁阀，便于自动化排出废液。

作为最接近的现有技术D2，中国发明专利申请202010181373.9、“一种COD分析装置”公开了一种COD分析装置，所述COD分析装置包括箱体、设在箱体内上方的冷凝回流机构、设在箱体内下方与冷凝回流机构位置相对应的样品转盘、设在样品转盘下部用于驱动样品转盘转动的驱动机构、位于样品转盘下方用于样品加热的加热模块、用于升降加热模块的升降机构以及用于样品检测的检测装置。该装置体现了设有上下两层的样品转盘和冷凝管转盘，其中样品转盘底部的加热模块能抬升样品转盘上升，直至与冷凝管对接。然后，分别设有旋进式冷凝管加液臂(第一旋转臂)和滴定管加液臂(第二旋转臂)，其中加液臂可根据需要，设置不同的旋转角度，以达到不同距离的加液距离。此外，在第二加液臂上设有颜色传感器或光电传感器进行监控。然而，该装置并没有完全符合《HJ 828-2017标准》的操作规范，即：(1)为了简化装置结构，该装置将重金属试剂和轻沸点试剂都只能通过冷凝管加液臂进行加液；(2)由于加热模块固定连接样品装盘，并驱动其连接和脱离冷凝管，因此当加热时间结束后，该加热模块不能直接脱离样品装盘，只能等待加热模块内部热量逐渐消失，才能由加热模块驱动样品装盘转移至滴定位置。否则，如果加热模块驱动样品转盘脱离冷凝管，将导致消解瓶中的高热液体产生飞溅，而影响检测精度。因此，这种加热模块固定连接样品装盘的设计，延长了消解溶液的降温时间，不利于快速检测的需求。

此外，目前的旋进式加液臂的消解液加液孔通常仅有一个，如果加液速度过快，可能急速冲击样品液体导致液体飞溅，如果过慢，或严格按照《HJ 828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》的标准采用手动加样，又会出现加液速度过慢且难以保证加液效率。同时，这种加液臂受限于旋转轴心的原因，而只能适合单圈样品盘的样品加样。

因此，目前需要一种严格符合《HJ 828-2017标准》，同时又能实现快速冷却消解溶液和高通量加液滴定的全自动化学需氧量分析仪。

发明内容

本发明第一原理是将冷凝模块和加热模块固定在一对垂直运动的直线模组，该模组能够相向运动和反向运动进行结合和分离，由于样品管或样品杯在垂直方向固定不动，使得冷凝模块根据指令对冷凝管进行冷却、加热模块对样品管或样品杯进行冷加热，并且实现冷凝管和加热模块分别脱离样品管，从而使得样品管消解液能即时分离加热模块，而提高冷却速度。其中，每个冷凝管、样品管/样品杯还可以都对应一组直线模组，并且每个加热模块采用独立的并联加热结构，从而实现对每个样品消解、催化、冷却、冷凝管与样品管的脱离、以及滴定样品的同时或差异化的高通量处理。

本发明第二原理是设置两个圆盘式结构来容纳冷凝管和样品管，其中冷凝管圆盘插孔与样品管转盘的插孔垂直对应，并且可设置两圈或多圈插孔。同时，不同于只设立一种加液臂或加液管的现有设计，创造性设立两种加液臂，即用于加注低沸点试剂的第一加液臂和加注消解液的第二加液臂。其中，第一加液臂固定在冷凝管圆盘的轴心上方，其上设置两个或多个加液口，因此可两圈或多圈冷凝管/样品管加液。为了不妨碍加热模块接触样品转盘，第二加液臂并未固定在样品转盘的轴心上，而设在样品转盘边缘外侧。由于样品转盘和冷凝管圆盘的两圈或多圈的插孔为间隔排列，因此第二加液臂利用内外圈半径差和加液臂旋转角度的对应关系，从而实现为两圈或多圈的插孔上的样品管进行加液。

本发明第三原理是在以上原理的基础上，将第二加液臂的加液头部设有6根加液细管，该6根加液细管细管均匀分布于圆周，且彼此间隔一定距离，以避免试剂的混杂。同时，各加液细管管的头部进行内径收缩处理，使得在液体被高速打出时，有效避免试剂残液悬挂在试剂管头部而影响试剂的添加量。

本发明第四原理是在以上原理的基础上，对于样品管安装位设置空位识别功能，以防止未放置样品管就进行加液、冷却或加热等误操作。同时，对于加热模块的各个加热块采用并联连接的自动化控制，这样可以灵活地安排少量或满额样品的测试，且避免了样品管空位导致的误操作。

本发明第五原理是在以上原理的基础上，将上述所有模块整合为用于COD测定的分析仪，并实现自动化控制和测定的效果。

因此，本发明第一目的是提供一种全自动化学需氧量分析仪，包括冷凝模块、加热模块、样品管模块、直线模组、步进电机，以及外箱体、颜色传感器、光源、自动控制器，其中：

(1)冷凝模块包括冷凝管圆盘、冷凝水管路、冷水容器，其中冷凝管圆盘表面设有两圈或多圈冷凝管插孔；冷凝管上端设有进水口、下端设有出水口，分别通过冷凝水管路连通冷水机，从而形成冷却回路；

(2)样品管模块包括样品管转盘，表面设有两圈或多圈样品管插孔，并且每个样品管插孔垂直对应于冷凝管圆盘的插孔；

(3)加热模块为直径略大于或等于样品管转盘的圆盘，表面设有两圈或多圈孔状的加热孔，每个加热孔中设有加热块，其中每个加热孔垂直对应于每个样品管插孔，以容纳样品管；

(4)直线模组包括联轴器、上滑块、下滑块、上丝杠、下丝杠，其中上滑块固定在冷凝模块，下滑块固定在加热模块，联轴器设在冷凝管圆盘和样品管转盘的中间位置，上丝杠、下丝杠分别穿过上滑块、下滑块后通过联轴器进行联接，由于上下丝杠的旋向不同，当与上丝杠上端的轴端连接的步进电机进行转动时，上下丝杠分别带动上下滑块相向或反向移动，进而带动冷凝模块和加热模块同时垂直接近或分离样品管；

(5)第一加液臂固定端连接在冷凝管圆盘的中心，伸出臂上设有两个或多个加液孔，当第一加液臂以中心旋转时，两个或多个加液孔可经过各个冷凝管口的正上方；第一加液臂内部设有中空管路，该管路连通催化剂容器；

(6)第二加液臂固定端连接在样品转盘边缘外侧，其旋转端利用不同的旋转角度，为两圈或多圈的插孔上的每个样品管进行加液；

(7)所述外箱体为封闭箱体，上部带有排气管和顶部排气风扇，可通过顶部抽排的方式排出消解中产生的有害气体；

(8)在第二加液臂的固定端的垂直方向设有设有颜色传感器和光源，其中光源随着加液臂的转动而向待测样品管发射光线，颜色传感器接收样品管(即样品瓶、滴定瓶)中反射或散射的光线，即完成颜色的检测。

在一个实施方案中，其中加热模块中的每个加热块为并联连接，并通过自动控制器来控制单个或多个加热孔对所容纳的样品管进行加热。在一个具体实施方案中，其中每个加热块下面设有一个独立的PCB小板进行控制。在优选实施方案中，加热模块底部被分成若干区域，分别设有若干整块的PCB板(例如，电路板)，使得各个独立的PCB下板被整合到整块PCB板，并实现对所有加热块的区域或整体加热。为了防止高温影响操作者，以及内部热量向外散发导致加热不均匀，加热模块的外侧边缘还设有加热区防护板。在更优选的实施方案中，所述加热块是陶瓷加热块或陶瓷发热片，并且设有温度开关，以防止加热温度超过300℃。

在另一实施方案中，所述第一加液臂和第二加液臂的加液孔头部进行内径收缩处理，内径仅为0.5～1mm，可有效避免试剂残液悬挂在加液孔头部而影响试剂的添加量。

在另一实施方案中，所述第二加液臂头部设有6个加液孔，该加液孔均匀分布于圆周，且均离开一定的距离避免试剂的混杂。

在上述任一实施方案中，其中在第二加液臂的固定端的垂直方向设有相邻的颜色传感器和光源，其中光源随着加液臂的转动而向待测样品管发射光线，颜色传感器接收样品管中反射或散射的光线，即完成颜色的检测。

在一个具体实施方案中，当颜色传感器检测到光源未发生任何变化，即预判该插孔未放置样品管，并将检测信号反馈给自动控制器，由软件程序指令样品管转盘盘直接旋转，跳过该检测位置，并停止加液臂进行滴定，其中所述软件程序是全自动化学需氧量(COD)分析仪分析软件系统V1.0软件，其版权号为软著登记号2020SR0537238。

在一个具体实施方案中，所述第二加液臂的加液端头部中心设有摄像头，摄像头跟着加液臂旋转，可全程拍摄加液、滴定的全过程，视频可显示在电子屏或者电脑上，可供观察或者回溯。

在上述任一实施方案中，所述样品管转盘在自动控制器的控制下可以水平转动，同时配合第二加液臂的旋转端的旋转角度，以加快第二加液臂的加样过程。

在上述任一实施方案中，其中所述消解管采用蛇形内管，以保证加热消解过程中冷凝回流充分。

在上述任一实施方案中，所述自动控制器是电脑或手机，通过wifi或蓝牙连接该装置，并根据预设程序软件，实现实时监控或远程监控消解和滴定过程。

在一个具体实施方案中，所述程序软件是全自动化学需氧量(COD)分析仪分析软件系统V1.0软件，其版权号为软著登记号2020SR0537238。

在上述任一实施方案中，其中所述外箱体设有上开门和下开门，其中上开门的面板上镶嵌有电子显示屏，同时设有大面积有机玻璃观察窗；下开门用于开关冷水机、储藏室的空间；在上开门和下开门的中间设有用于存放试剂或试验工具的抽屉。

在上述任一实施方案中，其中箱体上部的排气管和顶部排气风扇可接入外部的排风系统，风道设计上采用侧面冷却风扇从外向内吹风，并从顶部排风的方式，使得有害气体从顶部进入排风系统，并被排除实验室。

在上述任一实施方案中，其中箱体为落地式装置，底部设有带有固定片的滚轮，可方便固定工作和移动推走；

在上述任一实施方案中，其中箱体正面还设有冷水机储藏室、储水桶储藏室、消解液储藏室、催化剂储藏室、废液储藏室、滴定液储藏室等，可放置各种容器，并通过管路分别与冷凝管、样品管相连通；侧面设有试剂管支架。在一个具体实施方案中，其中所述容器上设有液位传感器或溢满传感器，以控制容器的水位高度，并防止溢出或空置。

在上述任一实施方案中，箱体在加热模块朝向操作者的方向设有加热区防护板。

在上述任一实施方案中，其中所述分析仪是适于HJ828-2017标准的分析仪。

技术效果

1、本发明严格按照HJ828-2017的要求，为了实现低沸点试剂(硫酸银-硫酸溶液)从冷凝管上端缓慢加入，消解剂从滴定管(即样品管或样品瓶)上端缓慢加入，本发明使用直线模组进行三个模块(冷凝模块、加入模块、样品管模块)的合拢和分离，这样可以使得加热模块尽快脱离样品杯/样品瓶/样品管而停止加热，同时确保样品管上端不会过于远离冷凝管，这样克服了加热模块连同样品管模块直接脱离冷凝管而出现样品飞溅的缺点。

2、本发明改进了第二加液臂的固定方式，即设置在样品管转盘边缘外侧，这样不会妨碍冷凝管圆盘向下对接样品管转盘。

3、本发明改进了第一加液臂的加液口，采用设置多个加液口，配合两圈或多圈排列的冷凝管，从而实现对两圈或多圈冷凝管的同时加样，提高了加样效率。

4、为了对两圈或多圈排列的样品杯/样品瓶/样品管/滴定管/滴定瓶的同时加样，本发明改进了第二加液臂的加液方式，即通过第二加液臂的摆臂角度和样品管内外圈之间产生的内外圈半径差，再配合样品管转盘的转动，从而实现一个加液孔对两圈或多圈样品管/样品瓶的滴定等加液过程。

5、本发明的样品管可以转动但无法垂直升降，冷凝管圆盘和加热模块不能转动但可垂直升降，通过自动控制器控制样品管移动的位置垂直对应冷凝管和加热孔，这样既可保证每组冷凝管、样品管、加快孔处于同一直线方向，同时只运动冷凝管和加热模块，避免了样品管的运动所带来的液体飞溅或遗漏等缺陷，符合HJ828标准的操作规范，并有利于样品管液体的快速冷却。

6、本发明在第二加液臂加液头上设置6个加液孔，这6个加液孔内部为细管，均匀分布于圆周，且均离开一定的距离避免试剂的混杂。这种设计，避免了加液孔口径过大，在加入滴定剂时易于出现高温液体被粗径液流体激起飞溅。同时，分散的细管设计可以加注高速液体，而保证了加样速度。

7、本发明加热模块中的单个加热孔和加热块，由于加热块体积小，因此加热速度远远快于整块加热块。

8、本发明在每个加热块底部设有独立的PCB小板对加热块进行控制，在自动控制器的作用下可独立的加热。

9、本发明还可在整个加热模块底部设有分成若干的区域，有若干块大的PCB板下独立的PCB小板可接入大的PCB板对于加热块不同区域进行控制，从而实现加热块的单独加热，或者分片区进行加热，甚至整体加热。这对于样品量少，无需所有样品位都加热的情况下是非常有利的。

10、本发明在第二加液臂头部设有摄像头，摄像头跟着加液臂旋转，可全程拍摄加液、滴定的全过程，视频可显示在电子屏或者电脑上，可供观察或者回溯。

11、本发明在第二加液臂的固定端设有颜色传感器和光源，配合自行开发的分析软件系统V1.0软件(版权号为软著登记号2020SR0537238)，从而可实现对于样品管、滴定管的空置或空白液体的监测，即空位识别和空杯识别功能，防止未放置样品杯或样品杯中未放置待测试剂和催化剂，就进行加样试剂的误操作。

12、本发明的COD测定仪中，试剂容器配备废液溢满传感器与纯水液位传感器，因此具备液位检测功能，可以防止液位过低或溢出。

13、本发明的COD测定仪在测试过程中样品无需转移，始终在一个样品杯中。阀件和管路也避免共用，不同的通道采用独立的管道和阀件。

14、本发明采用的两圈或多圈样品位的设计，配合相应的冷凝管和加热孔，能在有限的空间内高通量测定大量样品。

15、本发明的COD测定仪为封闭箱体，上部带有排气管和顶部排气风扇，能方便地接入客户的排风系统，并在风道设计上采用侧面冷却风扇从外向内吹风，并从顶部排风的方式，尽可能的收集实验中产生的有害气体，并从顶部进入排风系统，随着排风系统被排出实验室。

16、为了保证加热消解过程中冷凝回流充分，本发明的消解管采用蛇形内管。

17、本发明的COD测定仪为落地式设计，无需占用实验台，在搬运过程中只需要推动它，即可轻易移动。

18、本发明的COD测定仪外箱体的面板上镶嵌有电子屏，可显示实验进度，也可显示想了解的其他信息，比如滴定臂摄像头所显示的图像。箱体上设有大面积有机玻璃观察窗，也可直接观察实验进程。并且具有视频存储查阅功能。

19、本发明的COD测定仪可接入wifi，或者通过蓝牙与电脑或手机连接，可实现实验状态远程监控。

20、本发明的COD测定仪实现全自动化，可在无人值守情况下工作。

附图说明

图1：包含样品管消解和滴定装置的COD测定仪的立体示意图。

图2：样品管消解和滴定装置以及第一加液臂的结构图，其中第二加液臂未显示。

图3：第二加液臂立体图。

图4：样品管模块的测试图。

图5：样品管模块的俯视图。

图6：加热模块的内部结构图。

图例：

1.顶部排气风扇，2.上开门，3.观察窗，4.冷凝管，5.冷凝模块，6.直线模组，7.样品管或样品杯，8.样品管转盘，9.加热区防护板，10.下开门，11.抽屉，12.冷水机，13.储水桶，14.第一加液臂，15.电子屏，16.第二加液臂，17.试剂接头，18.侧面冷却风扇进风口，19.试剂架，20.联轴器，21.上丝杠，22.下滑块，23.上下固定块(23.1为上固定块，23.2为下固定块)，24.上滑块，25.下丝杠，26加热模块(为了有效保温，加热模块26外壳为隔热罩)，27.摄像头(周围分布6个加液孔)，28.1第一加液臂的第一加液头，28.2第一加液臂的第二加液头，29.单个PCB小板，30.整块的PCB板，31.加热孔,32.加热区防护板，33.步进电机。

实施例

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-2所示的一种用于COD测定的样品管消解和滴定的装置，包括冷凝模块(5)、加热模块(26)、样品管模块、步进电机(33)、直线模组(6)，其中：

冷凝模块(5)包括冷凝管圆盘、冷凝水管路(未显示)、冷水容器(未显示)，其中冷凝管圆盘表面设有两圈或多圈冷凝管(4)插孔；冷凝管(4)上端设有进水口、下端设有出水口，分别通过冷凝水管路连通冷水机(12)，从而形成冷却回路(未显示)；

样品管模块包括样品管转盘(8)，表面设有两圈或多圈样品管(7)插孔，并且每个样品管(7)插孔垂直对应于冷凝管圆盘的插孔；

加热模块(26)为直径略大于或等于样品管转盘(8)的圆盘，表面设有两圈或多圈孔状的加热孔(31)；

直线模组(6)包括联轴器(20)、上滑块(24)、下滑块(22)、上丝杠(21)、下丝杠(25)，其中上滑块(24)固定在冷凝模块(5)，下滑块(22)固定在加热模块(26)，联轴器(20)设在冷凝管圆盘和样品管转盘(8)的上下丝杠中间位置，上丝杠(21)、下丝杠(25)分别穿过上滑块(24)、下滑块(22)后通过联轴器(20)进行联接，由于上下丝杠的旋向不同，当连接在上丝杠上端的轴端的步进电机(33)进行转动时，上下丝杠分别带动上下滑块相向或反向移动，进而带动冷凝模块(5)和加热模块(26)同时垂直接近或分离样品管(7)；

第一加液臂(14)固定端连接在冷凝管圆盘的中心，伸出臂上设有两个或多个加液孔，当第一加液臂(14)以中心旋转时，两个或多个加液孔可经过各个冷凝管(4)口的正上方；第一加液臂(14)内部设有中空管路，该管路连通催化剂容器；

第二加液臂(16)固定端连接在样品管转盘(8)边缘外侧(未显示)。

其中，图1显示直线模组(6)开始运行带动冷凝模块(5)向下移动、加热模块(26)向上移动，直至冷凝模块(5)和加热模块(26)已向样品管转盘(8)靠拢达到极限位置；图2所示直线模组(6)通过双向丝杠结构，驱动加热模块(26)和冷凝模块(5)脱离样品管转盘(8)。

图3所示，第二加液臂(16)头部中心设有摄像头(27)，摄像头(27)跟着加液臂旋转，可全程拍摄加液、滴定的全过程，视频可显示在电子屏(15)或者电脑或手机上，可供观察或者回溯。在摄像头(27)周围设有6个加液孔，该加液孔均匀分布于圆周，且均离开一定的距离避免试剂的混杂。

图4所示第一加液臂(14)的固定端连接在冷凝管圆盘的中心，伸出臂上设有两个加液孔，即第一加液孔(28.1)和第二加液孔(28.2)，当第一加液臂(14)以中心旋转时，两个加液孔可经过各个冷凝管口的正上方；第一加液臂(14)内部设有中空管路，该管路连通催化剂容器(未显示)。

图5所示第二加液臂(16)固定端连接在样品转盘边缘外侧，其旋转端利用不同的旋转角度，为两圈或多圈的插孔上的每个样品管(7)进行加液。所述样品管转盘(8)在自动控制器的控制下可以水平转动，同时配合第二加液臂(16)的旋转端的旋转角度，以加快第二加液臂(16)的加样过程。

图6是打开上盖的加热模块(26)。其中加热模块(26)中的每个加热块(未显示)为并联连接，并通过自动控制器来控制单个或多个加热孔(31)的加热块对所容纳的样品管(7)进行加热。在一个具体实施方案中，其中每个加热块下面设有一个独立的PCB小板(29)进行控制。加热模块(26)底部被分成若干区域，分别设有若干整块的PCB板(30)，使得各个独立的PCB小板(29)被整合到整块PCB板(30)，并实现对所有加热块的区域或整体加热。为了防止高温影响操作者，以及内部热量向外散发导致加热不均匀，加热模块的外侧边缘还设有加热区防护板(32)。其中，所述加热块是陶瓷加热块或陶瓷发热片，并且设有温度开关，以防止加热温度超过300℃。

本发明装置的使用方法如下：

在化学需氧量的测定中，测试人员准备好实验所用试剂和纯水，并通过与仪器连接的电脑设置好相应参数。在开始实验前，可抽取纯水由第一加液臂(14)对冷凝管(4)进行冲洗。

如图1所示，测试人员将所测样品放置在样品管转盘(8)的样品位上，点击开始测试，第二加液臂(16)转动到固定的加液位，其中内圈和外圈样品管(7)的加液位分别是两个不同的固定的位置；样品管转盘(8)转动依次将样品管(7)转到该固定加液位，第二加液臂(16)依次在样品杯中加入消解剂(如重铬酸钾和硫酸汞)，滴加时磁力搅拌装置(未显示)持续转动。所有的样品添加完毕后，第二加液臂(16)复位，直线模组(6)开始运行带动冷凝模块(5)向下移动、加热模块(26)向上移动，直至冷凝模块(5)和加热模块(26)已向样品管转盘(8)靠拢达到极限位置后，冷凝管(4)与样品管(7)上部一一嵌合，加热块上的加热孔(31)位与样品管(7)底部一一嵌和，第一加液臂(14)依次转动到每个样品位添加催化剂(如硫酸-硫酸银)。所有样品杯添加完毕后，仪器开始加热消解，在整个过程中，冷凝管(4)的外管连通冷水机(12)进行冷凝回流以确保因受热气化的液体冷凝回流到样品杯。

如图2所示，加热消解达到规定时间后，加热块停止加热，直线模组(6)带动冷凝模块(5)向上、加热模块(26)向下移动一个较短行程，样品杯底部脱离加热块，样品杯和冷凝管(4)不再紧密嵌合，此时侧面冷却风扇(18)开始工作，第一加液臂(14)再次转动，向每个样品位添加纯水。纯水添加完毕后，直线模组(6)继续工作，直到冷凝模块(5)上升到上限位，加热模块(26)下降到下限位。样品管转盘(8)开始转动，同时磁力搅拌装置持续转动，促进样品尽快冷却。

第二加液臂(16)再次转动到固定的加液位，其中内圈和外圈的加液位分别是两个不同的固定的位置，样品管转盘(8)依次将样品转到该固定的加液位进行滴定。

测试完成后，样品管转盘(8)复位，直线模组(6)再次工作，冷凝管(4)与样品杯再次嵌合，第一加液臂(14)依次向每个样品位加入纯水，用于清洗冷凝管(4)和稀释样品。

直线模组(6)再次工作，冷凝管(4)上升到上限位，可取出样品杯进行清洗。

以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种全自动化学需氧量分析仪，包括冷凝模块、加热模块、样品管模块、直线模组、步进电机，以及外箱体、颜色传感器、光源、自动控制器，其中：

(1)冷凝模块包括冷凝管圆盘、冷凝水管路、冷水容器，其中冷凝管圆盘表面设有两圈或多圈冷凝管插孔；冷凝管上端设有进水口、下端设有出水口，分别通过冷凝水管路连通冷水机，从而形成冷却回路；

(2)样品管模块包括样品管转盘，表面设有两圈或多圈样品管插孔，并且每个样品管插孔垂直对应于冷凝管圆盘的插孔；

(3)加热模块为直径略大于或等于样品管转盘的圆盘，表面设有两圈或多圈孔状的加热孔，每个加热孔中设有加热块，其中每个加热孔垂直对应于每个样品管插孔，以容纳样品管；

(4)直线模组包括联轴器、上滑块、下滑块、上丝杠、下丝杠，其中上滑块固定在冷凝模块，下滑块固定在加热模块，联轴器设在冷凝管圆盘和样品管转盘的中间位置，上丝杠、下丝杠分别穿过上滑块、下滑块后通过联轴器进行联接，由于上下丝杠的旋向不同，当与上丝杠上端的轴端连接的步进电机进行转动时，上下丝杠分别带动上下滑块相向或反向移动，进而带动冷凝模块和加热模块同时垂直接近或分离样品管；

(5)第一加液臂固定端连接在冷凝管圆盘的中心，伸出臂上设有两个或多个加液孔，当第一加液臂以中心旋转时，两个或多个加液孔可经过各个冷凝管口的正上方；第一加液臂内部设有中空管路，该管路连通催化剂容器；

(6)第二加液臂固定端连接在样品转盘边缘外侧，其旋转端利用不同的旋转角度，为两圈或多圈的插孔上的每个样品管进行加液；

(7)所述外箱体为封闭箱体，上部带有排气管和顶部排气风扇，可通过顶部抽排的方式排出消解中产生的有害气体；

(8)在第二加液臂的固定端的垂直方向设有设有颜色传感器和光源，其中光源随着加液臂的转动而向待测样品管发射光线，颜色传感器接收样品管中反射或散射的光线，即完成颜色的检测。

2.根据权利要求1所述的分析仪，其中加热模块中的每个加热块为并联连接，并通过自动控制器来控制单个或多个加热孔对所容纳的样品管进行加热，例如，每个加热块下面设有一个独立的PCB小板进行控制。

3.根据权利要求2所述的分析仪，其中所述加热模块底部被分成若干区域，分别设有若干整块的PCB板，使得各个独立的PCB下板被整合到整块PCB板，并实现对所有加热块的区域或整体加热；为了防止高温影响操作者，以及内部热量向外散发导致加热不均匀，加热模块的外侧边缘还设有加热区防护板。

4.根据权利要求1-3任一项所述的分析仪，其中，所述外箱体设有上开门和下开门，其中上开门的面板上镶嵌有电子显示屏，同时设有大面积有机玻璃观察窗；下开门用于开关冷水机、储藏室的空间；在上开门和下开门的中间设有用于存放试剂或试验工具的抽屉。

5.根据权利要求4所述的分析仪，其中箱体上部的排气管和顶部排气风扇可接入外部的排风系统，风道设计上采用侧面冷却风扇从外向内吹风，并从顶部排风的方式，使得有害气体从顶部进入排风系统，并被排除实验室；所述箱体为落地式装置，底部设有带有固定片的滚轮，可方便固定工作和移动推走；和/或，所述箱体正面还设有冷水机储藏室、储水桶储藏室、消解液储藏室、催化剂储藏室、废液储藏室、滴定液储藏室等，可放置各种容器，并通过管路分别与冷凝管、样品管相连通；侧面设有试剂管支架。

6.根据权利要求5所述的分析仪，其中所述容器上设有液位传感器或溢满传感器，以控制容器的水位高度，并防止溢出或空置。

7.根据权利要求5或6所述的分析仪，其中所述第一加液臂和第二加液臂的加液孔头部进行内径收缩处理，内径仅为0.5～1mm，可有效避免试剂残液悬挂在加液孔头部而影响试剂的添加量；和/或，

所述第二加液臂头部设有6个加液孔，该加液孔均匀分布于圆周，且均离开一定的距离避免试剂的混杂；和/或，

所述第二加液臂的加液端头部中心设有摄像头，摄像头跟着加液臂旋转，可全程拍摄加液、滴定的全过程，视频可显示在电子屏或者电脑上，可供观察或者回溯；和/或，

在第二加液臂的固定端的垂直方向设有相邻的颜色传感器和光源，其中光源随着加液臂的转动而向待测样品管发射光线，颜色传感器接收样品管中反射或散射的光线，即完成颜色的检测。

8.根据权利要求7所述的分析仪，其中当颜色传感器检测到光源未发生任何变化，即预判该插孔未放置样品管，并将检测信号反馈给自动控制器，由软件程序指令样品管转盘盘直接旋转，跳过该检测位置，并停止加液臂进行滴定，其中所述软件程序是全自动化学需氧量(COD)分析仪分析软件系统V1.0软件，其版权号为软著登记号2020SR0537238。

9.根据权利要求8所述的分析仪，其中所述样品管转盘在自动控制器的控制下可以水平转动，同时配合第二加液臂的旋转端的旋转角度，以加快第二加液臂的加样过程；和/或，所述消解管采用蛇形内管，以保证加热消解过程中冷凝回流充分。

10.根据权利要求8或9所述的分析仪，其中所述自动控制器是电脑或手机，通过wifi或蓝牙连接该装置，并根据预设程序软件，实现实时监控或远程监控消解和滴定过程；和/或，所述分析仪是适于HJ828-2017标准的装置。

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