CN114324287A

CN114324287A - 一种基于荧光检测的六价铬监测系统

Info

Publication number: CN114324287A
Application number: CN202210097561.2A
Authority: CN
Inventors: 钱国栋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明涉及水质监测技术，具体涉及一种基于荧光检测的六价铬监测系统，该系统包括进样模块、计量模块、动力模块、荧光检测模块和控制器；进样模块分别与计量模块和荧光检测模块连接，动力模块为进样模块提供动力，控制器与荧光检测模块连接；进样模块用于提取储备液并将储备液输送到荧光检测模块；储备液包括待测水样、超纯水和六价铬荧光试剂；计量模块与进样模块连接，用于对进样模块提取的储备液进行计量；荧光检测模块用于对待测水样中六价铬进行荧光强度检测，获得荧光强度；控制器用于根据荧光强度确定待测水样中六价铬的浓度。本发明通过荧光强度检测确定待测水样中六价铬浓度，提高了监测灵敏度。

Description

一种基于荧光检测的六价铬监测系统

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种基于荧光检测的六价铬监测系统。

背景技术

六价铬通常以可溶性的Cr₂O₇ ^2-或CrO₄ ^2-的形式存在于水体中，不能被生物所降解，通过食物链被人体吸收。另一方面，水体中超量的Cr₂O₇ ^2-或CrO₄ ^2-也可通过人们的饮水行为进入人体内。即使较低量的Cr₂O₇ ^2-或CrO₄ ^2-也具有很高的毒性，对人体的呼吸道、消化道、黏膜和皮肤都有危害，还能诱导癌症的发生，作用的器官主要是肺。一些行业，如：皮革及其制品业、电镀等表面处理业、燃煤电厂、印刷业等，会涉及铬排放。因此，在不同区域、不同时间段监测水体中六价铬的浓度是十分有必要的。

目前，市场上在售的在线监测仪基本上是基于分光光度法在线监测仪以及电化学在线监测仪，这两类在线监测仪存在一些问题，如：基于分光光度法的在线监测仪存在检出下限高、灵敏度低、易被其他金属离子干扰等问题；基于化学法的在线监测仪存在特定金属离子需要特定的电极、电极界面易被污染从而影响监测灵敏度的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于荧光检测的六价铬监测系统，提高了监测灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于荧光检测的六价铬监测系统，包括进样模块、计量模块、动力模块、荧光检测模块和控制器；所述进样模块分别与所述计量模块和所述荧光检测模块连接，所述动力模块为所述进样模块提供动力，所述控制器与所述荧光检测模块连接；

所述进样模块用于提取储备液并将所述储备液输送到所述荧光检测模块；所述储备液包括待测水样、超纯水和六价铬荧光试剂；

所述计量模块与所述进样模块连接，用于对所述进样模块提取的储备液进行计量；

所述荧光检测模块用于对所述待测水样中六价铬进行荧光强度检测，获得荧光强度；

所述控制器用于根据所述荧光强度确定所述待测水样中六价铬的浓度。

可选地，所述进样模块包括多通阀。

可选地，所述计量模块包括液位计，所述液位计连接所述多通阀的第一通道。

可选地，所述荧光检测模块包括光源、凸透镜、流动比色池、滤光片和荧光检测器；所述流动比色池的一端与所述多通阀的第二通道连接，另一端连接空气瓶；所述光源发出的光经过所述凸透镜平行照射到所述流动比色池中，与所述流动比色池中入射光呈90°的方向上设置所述滤光片，透过所述滤光片的光被所述荧光检测器接收。

可选地，一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括清洗液瓶、水样管、超纯水瓶、零点液瓶、标准溶液瓶、六价铬荧光试剂瓶、清洗废液瓶和反应废液瓶；所述零点液瓶用于盛放零点液，所述零点液为蒸馏水，所述标准溶液瓶用于盛放设定浓度的六价铬溶液；所述零点液和所述设定浓度的六价铬溶液用于拟合荧光强度与溶液中六价铬浓度之间的线性关系；

所述反应废液瓶通过管道与所述多通阀的第三通道连接，所述清洗废液瓶通过管道与所述多通阀的第四通道连接，所述六价铬荧光试剂瓶通过管道与所述多通阀的第五通道连接，所述标准溶液瓶通过管道与所述多通阀的第六通道连接，所述零点液瓶通过管道与所述多通阀的第七通道连接，所述超纯水瓶通过管道与所述多通阀的第八通道连接，所述水样管一端连接待测水样，所述水样管的另一端连接所述多通阀的第九通道，所述清洗液瓶通过管道与所述多通阀的第十通道连接。

可选地，一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括步进电机，所述步进电机与所述控制器连接，所述步进电机用于控制所述多通阀各通道的开闭。

可选地，动力模块为蠕动泵、注射泵和柱塞泵中的一种，所述动力模块与所述控制器连接。

可选地，一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括光电开关，所述光电开关与所述控制器连接，当液位计内溶液到达设定刻度时，所述光电开关向所述控制器发送信号，所述控制器根据所述光电开关发送的信号控制所述动力模块停止提供动力。

可选地，所述荧光检测器的激发光的波长范围为420～550nm，发射光的波长范围为480～680nm。

可选地，一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括报警装置和用户终端，所述报警装置和所述用户终端分别与所述控制器连接；当所述控制器确定的待测水样中的六价铬浓度高于设定阈值时，所述控制器控制所述报警装置向所述用户终端发出报警信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种基于荧光检测的六价铬监测系统，基于荧光检测模块对待测水样中六价铬进行荧光强度检测，根据荧光强度确定待测水样中六价铬浓度，不需要特定的电极，且灵敏度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于荧光检测的六价铬监测系统结构示意图一；

图2为本发明一种基于荧光检测的六价铬监测系统结构示意图二；

图3为本发明六价铬荧光探针与不同金属离子的荧光强度示意图；

图4为本发明六价铬荧光试剂检测重铬酸跟离子的线性关系示意图；

图5为本发明六价铬荧光试剂检测铬酸跟离子的线性关系示意图；

符号说明：

1、清洗液瓶；2、水样管；3、超纯水瓶；4、零点液瓶；5、标准溶液瓶；6、六价铬荧光试剂瓶；7、清洗废液瓶；8、反应废液瓶；9、多通阀；10、液位计；11、蠕动泵；12、第一空气管；13、流动比色池；14、第二空气管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种基于荧光检测的六价铬监测系统结构示意图一，如图1所示，一种基于荧光检测的六价铬监测系统，包括进样模块102、计量模块101、动力模块104、荧光检测模块103和控制器105；进样模块102分别与计量模块101和荧光检测模块103连接，动力模块104为进样模块102提供动力，控制器105与荧光检测模块103连接。

进样模块102用于提取储备液并将储备液输送到荧光检测模块103；储备液包括待测水样、超纯水和六价铬荧光试剂。

计量模块101与进样模块102连接，用于对进样模块102提取的储备液进行计量。

荧光检测模块103用于对待测水样中六价铬进行荧光强度检测，获得荧光强度。

控制器105用于根据荧光强度确定待测水样中六价铬的浓度。

进样模块102包括多通阀9以及通过管道与多通阀9相连接的装有各种试剂的试剂瓶。

如图2所示，计量模块101包括液位计10，液位计10连接多通阀9的第一通道，配合蠕动泵11对量取的液体体积进行精准控制。

荧光检测模块103包括光源、凸透镜、流动比色池13、滤光片和荧光检测器；流动比色池13的一端与多通阀9的第二通道连接，另一端通过第二空气管14连接空气瓶；光源发出的光经过凸透镜平行照射到流动比色池13中，与流动比色池13中入射光呈90°的方向上设置滤光片，透过滤光片的光被荧光检测器接收。

光源与控制器105连接，受控制器105控制。光源为LED灯。

一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括清洗液瓶1、水样管2、超纯水瓶3、零点液瓶4、标准溶液瓶5、六价铬荧光试剂瓶6、清洗废液瓶7和反应废液瓶8；零点液瓶4用于盛放零点液，零点液为蒸馏水，标准溶液瓶5用于盛放设定浓度的六价铬溶液；零点液和设定浓度的六价铬溶液用于拟合荧光强度与溶液中六价铬浓度之间的线性关系。

反应废液瓶8通过管道与多通阀9的第三通道连接，清洗废液瓶7通过管道与多通阀9的第四通道连接，六价铬荧光试剂瓶6通过管道与多通阀9的第五通道连接，标准溶液瓶5通过管道与多通阀9的第六通道连接，零点液瓶4通过管道与多通阀9的第七通道连接，超纯水瓶3通过管道与多通阀9的第八通道连接，水样管2一端连接待测水样，水样管2的另一端连接多通阀9的第九通道，清洗液瓶1通过管道与多通阀9的第十通道连接。

一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括步进电机，步进电机与控制器105连接，步进电机用于控制多通阀9各通道的开闭。

动力模块104为蠕动泵11、注射泵和柱塞泵中的一种，动力模块104与控制器105连接。

作为具体实施例动力模块104为蠕动泵11，通过蠕动泵11的第一设定速度正转、第一设定速度反转，以及第二设定速度正转、第二设定速度反转实现液体的吸取和排出。第一设定速度比第二设定速度快。

蠕动泵11中软管的一端连接液位计10，另一端通过第一空气管12连接空气瓶。

一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括光电开关，光电开关与控制器105连接，当液位计10内溶液到达设定刻度时，光电开关向控制器105发送信号，控制器105根据光电开关发送的信号控制动力模块104停止提供动力。

荧光检测器的激发光的波长范围为420～550nm，发射光的波长范围为480～680nm。

一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括报警装置和用户终端，报警装置和用户终端分别与控制器105连接；当控制器105确定的待测水样中的六价铬浓度高于设定阈值时，控制器105控制报警装置向用户终端发出报警信号。

一种基于荧光检测的六价铬监测系统还包括数据模块，数据模块用于存储控制器105的监测数据并将监测数据发送到用户终端。

实施例1

润洗：蠕动泵11启动，快正转(第一设定速度正转)，多通阀9电机启动，超纯水从超纯水瓶3经多通阀9抽到液位计10中。液位计10中液体充满3/4体积时，蠕动泵11停止转动。进一步地，蠕动泵11启动，快反转(第一设定速度反转)，多通阀9电机启动，超纯水从液位计10经多通阀9流向流动比色池13中，蠕动泵11关闭，液体短暂停留。进一步地，蠕动泵11开启，快正转，多通阀9电机启动，清洗液从流动比色池13中经多通阀9流向液位计10中，蠕动泵11关闭。进一步地，蠕动泵11开启，快反转，多通阀9电机启动，清洗液从液位计10中经多通阀9，排到清洗废液瓶7中。蠕动泵11停止，多通阀9电机关闭，多通阀9复位。管道、液位计10、流动比色池13润洗两次，即此过程重复两次。

实施例2

装液：自吸泵启动，将过滤后的待测水样抽送到水样管2中。蠕动泵11启动，快正转，多通阀9电机启动，待测水样从样管2经多通阀9抽送到液位计10中，蠕动泵11关闭。蠕动泵11启动，快反转，多通阀9电机启动，水样从液位计10经多通阀9排到清洗废液瓶7中。此过程为待测水样润洗。进一步地，蠕动泵11启动，快正转，多通阀9的电机启动，待测水样从水样管2经多通阀9抽到液位计10中，液体将近充满整个液位计10，蠕动泵11停止转动。蠕动泵11慢反转(第二设定速度反转)，多通阀9电机启动，将液位计10中的待测水样经多通阀9排到清洗废液瓶7中，蠕动泵11停止。蠕动泵11慢正转(第二设定速度正转)，多通阀9电机启动，待测水样从水样管2经多通阀9抽送到液位计10中。当液面刚好达到液位计10量程刻度时，液位计10上的光电开关启动，并将光电信号反馈到控制器105上，控制器105控制蠕动泵11停止转动。进一步地，蠕动泵11快反转，多通阀9电机启动，待测样品(待测水样)从液位计10经多通阀9抽送到流动比色池13中。此过程重复进行3次，以到达设定的待测水样计量。进一步地，超纯水经过同样的步骤，抽送到流动比色池13中。进一步地，六价铬荧光试剂经过同样的步骤，抽送到流动比色池13中，此过程重复2次，以到达设定的六价铬荧光试剂计量。

实施例3

检测：待测水样、超纯水、六价铬荧光试剂在流动比色池13中混合，静置2min之后，开始进行检测。进一步地，荧光检测模块103中光源启动，波长为505nm的激发光经凸透镜平行照射到比色池上，与入射光呈90°方向上有滤光片，过滤掉干扰光线，发射光最终被荧光检测器接收，完成六价铬的定量检测。进一步地，反应废液经过上述同样的操作，排到反应废液瓶8中。图3为六价铬荧光试剂与不同金属离子反应之后，得到的荧光谱图。由图3可知，只有当六价铬(Cr₂O₇ ^2-、CrO₄ ^2-)与六价铬荧光试剂接触时，才有较强的荧光，表明该六价铬荧光试剂具有非常好的选择性。

实施效果：该六价铬荧光试剂对六价铬具有非常好的选择性以及非常高的灵敏度。六价铬荧光试剂检测Cr₂O₇ ^2-的线性范围是0.01—2.00μM，检出限为7.80nM；检测CrO₄ ^2-的线性范围是0.025—2.00μM，检出限为17.80nM。

图3、图4和图5中纵坐标均为荧光强度。图4和图5中C表示离子浓度，I表示荧光强度，R表示拟合优度，用来衡量估计的模型对观测值的拟合程度，R²值越接近于1说明模型越好。

实施例4

清洗：如上，清洗液从清洗液瓶1经同样的操作，抽送到流动比色池13中，停留一段时间之后，再排到反应废液瓶8中。进一步地，超纯水从超纯水瓶3经同样的步骤，抽送到流动比色池13中，随后，排到清洗废液瓶7中。进一步地，用超纯水清洗过程重复操作两次。

实施例5

数据：经上述操作，得到六价铬的浓度，检测数据自动储存在分析仪中，且实时上传到终端。进一步地，检测所得六价铬的浓度与设定标准进行对比，一旦所测六价铬的浓度超过设定标准，立即向终端发出警报。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，包括进样模块、计量模块、动力模块、荧光检测模块和控制器；所述进样模块分别与所述计量模块和所述荧光检测模块连接，所述动力模块为所述进样模块提供动力，所述控制器与所述荧光检测模块连接；

2.根据权利要求1所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，所述进样模块包括多通阀。

3.根据权利要求2所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，所述计量模块包括液位计，所述液位计连接所述多通阀的第一通道。

4.根据权利要求2所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，所述荧光检测模块包括光源、凸透镜、流动比色池、滤光片和荧光检测器；所述流动比色池的一端与所述多通阀的第二通道连接，另一端连接空气瓶；所述光源发出的光经过所述凸透镜平行照射到所述流动比色池中，与所述流动比色池中入射光呈90°的方向上设置所述滤光片，透过所述滤光片的光被所述荧光检测器接收。

5.根据权利要求2所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，还包括清洗液瓶、水样管、超纯水瓶、零点液瓶、标准溶液瓶、六价铬荧光试剂瓶、清洗废液瓶和反应废液瓶；所述零点液瓶用于盛放零点液，所述零点液为蒸馏水，所述标准溶液瓶用于盛放设定浓度的六价铬溶液；所述零点液和所述设定浓度的六价铬溶液用于拟合荧光强度与溶液中六价铬浓度之间的线性关系；

6.根据权利要求2所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，还包括步进电机，所述步进电机与所述控制器连接，所述步进电机用于控制所述多通阀各通道的开闭。

7.根据权利要求1所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，所述动力模块为蠕动泵、注射泵和柱塞泵中的一种，所述动力模块与所述控制器连接。

8.根据权利要求3所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，还包括光电开关，所述光电开关与所述控制器连接，当所述液位计内溶液到达设定刻度时，所述光电开关向所述控制器发送信号，所述控制器根据所述光电开关发送的信号控制所述动力模块停止提供动力。

9.根据权利要求4所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，所述荧光检测器的激发光的波长范围为420～550nm，发射光的波长范围为480～680nm。

10.根据权利要求1所述的基于荧光检测的六价铬监测系统，其特征在于，还包括报警装置和用户终端，所述报警装置和所述用户终端分别与所述控制器连接；当所述控制器确定的待测水样中的六价铬浓度高于设定阈值时，所述控制器控制所述报警装置向所述用户终端发出报警信号。