CN114354704B - 一种重金属离子电化学原位在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重金属离子电化学原位在线检测装置及方法，装置包括：基于三电极体系对样品进行检测，进而产生与样本中重金属离子浓度相对应的电压信号的电化学检测模块；用于检测样品的pH值的pH检测模块；用于检测样品温度的温度检测模块；数据校准模块，所述数据校准模块用于基于温度检测模块输出的温度值以及pH检测模块输出的pH值对电化学检测模块输出的电压信号进行校准处理，从而得到与校准后的电压信号相对应的重金属离子浓度值。本发明能够在不同pH和不同温度条件下快速准确检测重金属离子浓度，提高检测装置的精确度、准确性和连续性。通过微型化手段，使检测装置更适于原位在线检测，避免待测样本在运输过程中受到污染，影响检测结果。

Description

一种重金属离子电化学原位在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体而言，尤其涉及一种重金属离子电化学原位在线检测装置及方法。

背景技术

电化学检测技术依据重金属离子的电化学性质，通过三电极体系中电信号的变化来判断样品中的重金属离子浓度。根据输出的电信号不同，可以把电化学传感器分为电流型、电导型、电位型等类型。不同于紫外可见分光光度法、原子吸收法、原子荧光法等基于实验室的测定方法，电化学分析方法操作简单、易于便携、成本低、检测时间短，灵敏度高，具有相当广泛的应用需求。

信号校准转换模型的建立是原位在线检测的重要步骤。目前电化学检测装置的检测不能原位进行，主要是因为在不同温度和pH条件下，检测装置需要重新校准，因此无法连续在线检测，所以需要建立一个能够自动进行温度和pH校准的信号转换模型，来实现在不同环境条件下化学信号向电信号的准确转换。在转换模型建立并校准的基础上，进一步提高原位检测能力。

发明内容

根据上述提出电化学检测装置的检测不能原位进行的技术问题，而提供一种重金属离子电化学原位在线检测装置。本发明能够在不同pH和不同温度条件下快速准确检测重金属离子浓度，提高检测装置的精确度、准确性和连续性。通过微型化手段，使检测装置更适于原位在线检测，避免待测样本在运输过程中受到污染，影响检测结果。

本发明采用的技术手段如下：

一种重金属离子电化学原位在线检测装置，包括：

电化学检测模块，所述电化学检测模块基于三电极体系对样品进行检测，进而产生与样本中重金属离子浓度相对应的电压信号；

pH检测模块，所述pH检测模块用于检测样品的pH值；

温度检测模块，所述温度检测模块用于检测样品的温度；

数据校准模块，所述数据校准模块用于基于温度检测模块输出的温度值以及pH检测模块输出的pH值对电化学检测模块输出的电压信号进行校准处理，从而得到与校准后的电压信号相对应的重金属离子浓度值；

所述电化学检测模块、pH检测模块以及温度检测模块互相分离设置。

进一步地，所述数据校准模块用于基于温度检测模块输出的温度值以及pH检测模块输出的pH值对电化学检测模块输出的电压信号进行校准处理，包括：将所述温度值、pH数值以及电压信号输入到预先训练好的信号转换模型中，并将所述信号转换模型输出的电压信号作为校准后的电压信号，进而获取与校准后的电压信号相对应的重金属离子浓度值。

进一步地，所述在线检测装置还包括：

数据存储模块，所述数据存储模块将数据校准模块得到的重金属离子浓度进行存储。

进一步地，所述在线检测装置还包括：

无线传输模块，所述无线传输模块用于将数据存储部分存储的重金属离子浓度传输到PC机。

进一步地，所述电化学检测模块包括第一检测池、第一数据采集卡以及三电极系统，所述第一数据采集卡的数据接收端口分别连接三电极系统的对电极、参比电极和工作电极，所述对电极、参比电极和工作电极均部分伸入第一检测池中的样品内；

所述第一检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

进一步地，所述pH检测模块包括第二检测池、第二数据采集卡以及两电极系统，所述第二数据采集卡的数据接收端口分别连接两电极系统的参比电极和pH值电极，所述参比电极和pH值电极均部分伸入第二检测池中的样品内；

所述第二检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

进一步地，所述温度检测模块包括第三检测池和温度生成器，所述温度生成器的检测端部分伸入第三检测池中的样品内；

所述第三检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

本发明还公开了一种重金属离子电化学原位在线检测方法，基于上述任意一项所述的检测装置实现，所述检测方法包括以下步骤：

将样品从进样口流入，分别进入目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块；

待检测完毕，将目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块的数据传输进入数据校准模块，得到校准后的精准数据。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供了重金属离子电化学原位在线检测装置和方法，该装置能够在不同pH值和不同温度条件下快速准确检测重金属离子浓度，提高检测装置的精确度、准确性和连续性。通过微型化手段，使检测装置更适于原位在线检测，避免待测样本在运输过程中受到污染，影响检测结果。

基于上述理由本发明可在电化学检测等领域广泛推广。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明重金属离子电化学原位在线检测装置的结构示意图。

图2为本发明电化学检测模块的结构示意图。

图3为本发明pH值检测模块的结构示意图。

图4为本发明温度检测模块的结构示意图。

图中：1、电化学检测模块；101、第一数据采集卡；102、工作电极；103、参比电极；104、第一检测池出样口；105、第一检测池进样口；106、第一检测池；2、pH值检测模块；201、pH值电极；202、pH值参比电极；203、第二检测池出样口；204、第二检测池进样口；205、第二数据采集卡；206、第二检测池；3、温度检测模块；301、温度生成器；302、第三检测池出样口；303、第三检测池进样口；304、第三检测池；4、数据校准模块；5、数据存储模块；6、无线传输模块；7、进样管道；701、第一进样管道；702、第二进样管道；703、第三进样管道；8、出样管道；801、第一出样管道；802、第二出样管道；803、第三出样管道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种重金属离子电化学原位在线检测装置，主要包括电化学检测部分1、pH值检测部分2、温度检测部分3、数据校准部分4进样管道7和出样管道8。其中电化学检测模块1、pH检测模块2以及温度检测模块3互相分离设置。优选地，还可以包括数据存储部分5和无线传输部分6。

具体来说电化学检测模块1主要基于三电极体系对样品进行检测，进而产生与样本中重金属离子浓度相对应的电压信号。作为本发明较佳的实施方式，电化学检测模块1主要包括第一检测池106、第一数据采集卡101以及三电极系统，其中第一数据采集卡101的数据接收端口分别连接三电极系统的对电极107、参比电极103和工作电极102且对电极107、参比电极103和工作电极102均部分伸入第一检测池106中的样品内。其中，数据采集卡101主要采集工作电极102和参比电极103之间的电位差、工作电极102和对电极107之间的极化电流。第一检测池106的进样口105连接进样通道701，出样口104连接出样通道801，且进样口105的设置位置高于出样口104。

本发明优选采用电化学检测方法，不同于分光光度法、质谱法等传统方法操作复杂、成本高、耗时长、检测仪器庞大等特点，电化学检测方法操作简单、成本低、检测时间短、灵敏度高。

pH检测模块2主要用于检测样品的pH值。作为本发明较佳的实施方式，pH检测模块2主要包括第二检测池206、第二数据采集卡205以及两电极系统，第二数据采集卡205的数据接收端口分别连接两电极系统的参比电极202和玻璃电极201，参比电极202和玻璃电极201均部分伸入第二检测池206中的样品内。第二检测池206的进样口204连接进样通道702，出样口203连接出样通道803，所述进样口204的设置位置高于出样口203。

温度检测模块3主要用于检测样品的温度。作为本发明较佳的实施方式，温度检测模块3主要包括第三检测池304和温度生成器301，所述温度生成器301的检测端部分伸入第三检测池304中的样品内。第三检测池的进样口303连接进样通道703，出样口302连接出样通道803，且进样口303的设置位置高于出样口302。

数据校准模块4的工作原理如下：将温度检测模块3输出的温度值、pH检测模块4输出的pH值和已知的重金属浓度值作为自变量，电化学检测模块1输出的电压信号作为因变量，进行多元回归得到校准方程，实现校准处理。接着，将校准方程中的重金属离子浓度项提取并作为因变量，pH项、温度项和电压信号项提取出来作为自变量，得到信号转换模型，将其应用于重金属离子浓度未知的溶液，通过检测到的电压信号、pH值和温度值获取具体的重金属离子浓度值。

本发明优选通过增加温度检测模块、pH检测模块、数据校准模块，使得检测装置具有自动校准功能，减少样品pH值和样品温度的变化对检测结果造成的干扰。

本发明还公开了一种重金属离子电化学原位在线检测方法，基于上述任意一项所述的检测装置实现，所述检测方法包括以下步骤：

S1、将样品从进样口流入，分别进入目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块；

S2、待检测完毕，将目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块的数据传输进入数据校准模块，得到校准后的精准数据。

下面通过具体的应用实例，对本发明的方案和效果做进一步说明。

如图1-4所示，本实施例提供的重金属离子电化学原位在线检测装置，主要有八个部分组成：电化学检测部分1、pH值检测部分2、温度检测部分3、数据校准部分4、数据存储部分5、无线传输部分6、进样管道7和出样管道8

优选地，进样管道7具有三个分支管道，待测样品经由分支管道701进入电化学检测部分1的检测池106，电化学检测部分1中的工作电极102、参比电极103和对电极107构成三电极体系对待测样品进行检测,检测的数据由与三个电极连接的第一数据采集卡101进行采集，采集到的数据传输给数据校准部分4。检测完毕后，废液经由出样口104流入出样分支管道801，继而经由出样管道8流出装置。

优选地，待测样品经由分支管道702进入pH值检测部分2的检测池206，由玻璃电极201和参比电极202构成的电极体系对样品进行检测，第二数据采集卡205将得到的pH值传输给数据校准部分4。检测完毕后，废液经由出样口203流入出样分支管道802，继而经由出样管道8流出装置。

优选地，待测样品经由分支管道703进入温度检测部分3的检测池304，由温度生成器301检测样品温度，并将温度传输给数据校准部分4。检测完毕后，废液经由出样口302流入出样分支管道803，继而经由出样管道8流出装置。

数据校准部分4内置事先创建的信号校准转换模型，将电化学检测部分1、pH值检测部分2和温度检测部分3各自测得的数据代入信号校准转换模型，得到校准后的重金属离子浓度值，此时的重金属离子浓度值是已经减少了pH值变化和温度变化造成的干扰。

将数据校准部分4得到的重金属离子浓度值传输给数据存储部分5，数据存储部分5存储的重金属离子浓度值经由无线传输部分6发送给PC机。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，包括：

电化学检测模块，所述电化学检测模块基于三电极体系对样品进行检测，进而产生与样本中重金属离子浓度相对应的电压信号；

pH检测模块，所述pH检测模块用于检测样品的pH值；

温度检测模块，所述温度检测模块用于检测样品的温度；

数据校准模块，所述数据校准模块用于基于温度检测模块输出的温度值以及pH检测模块输出的pH值对电化学检测模块输出的电压信号进行校准处理，从而得到与校准后的电压信号相对应的重金属离子浓度值，包括：

将温度检测模块输出的温度值、pH检测模块输出的pH值和已知的重金属浓度值作为自变量，电化学检测模块输出的电压信号作为因变量，进行多元回归得到校准方程，实现校准处理，

将校准方程中的重金属离子浓度项提取并作为因变量，pH值、温度值和电压信号项提取出来作为自变量，得到信号转换模型，将其应用于重金属离子浓度未知的溶液，通过检测到的电压信号、pH值和温度值获取具体的重金属离子浓度值；

所述电化学检测模块、pH检测模块以及温度检测模块互相分离设置。

2.根据权利要求1所述的一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，所述在线检测装置还包括：

数据存储模块，所述数据存储模块将数据校准模块得到的重金属离子浓度进行存储。

3.根据权利要求2所述的一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，所述在线检测装置还包括：

无线传输模块，所述无线传输模块用于将数据存储部分存储的重金属离子浓度传输到PC机。

4.根据权利要求1所述的一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，所述电化学检测模块包括第一检测池、第一数据采集卡以及三电极系统，所述第一数据采集卡的数据接收端口分别连接三电极系统的对电极、参比电极和工作电极，所述对电极、参比电极和工作电极均部分伸入第一检测池中的样品内；

所述第一检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

5.根据权利要求1所述的一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，所述pH检测模块包括第二检测池、第二数据采集卡以及两电极系统，所述第二数据采集卡的数据接收端口分别连接两电极系统的参比电极和pH值电极，所述参比电极和pH值电极均部分伸入第二检测池中的样品内；

所述第二检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

6.根据权利要求1所述的一种重金属离子电化学原位在线检测装置，其特征在于，所述温度检测模块包括第三检测池和温度生成器，所述温度生成器的检测端部分伸入第三检测池中的样品内；

所述第三检测池的进样口连接进样通道，出样口连接出样通道，所述进样口的设置位置高于出样口。

7.一种重金属离子电化学原位在线检测方法，基于权利要求1-6中任意一项所述的检测装置实现，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

将样品从进样口流入，分别进入目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块；

待检测完毕，将目标物检测模块、pH检测模块和温度检测模块的数据传输进入数据校准模块，得到校准后的精准数据。