CN1932478A - 多参数水质快速分析装置 - Google Patents

Abstract

一种多参数水质快速分析装置，包括一快速分析仪、盛装试剂和加热器件的第一附件、以及盛装取样器件的第二附件。本发明将仪器和附件中的试剂和器件集成在一起使用，可以实现现场的快速测定，并可对多个水样进行采集和测定；可以快速测定水中的余氯、总氯、二氧化氯、氯化物、六价铬、锰、钙、铁、铝、铜、锌、镉、铅、汞、硒、钠、银、锑、钡、铍、硼、镍、钼、铊、氟化物、硫化物、氰化物、总磷、氨氮、溶解氧、耗氧量、挥发酚、阴离子、色度、臭和味、浑浊度、臭氧、硝酸盐、亚硝酸盐氮、溴酸盐、硫酸盐、亚氯酸盐、丙烯酰胺、甲醛、pH的含量。

Description

多参数水质快速分析装置

技术领域

本发明涉及一套简便、灵敏、快速分析仪器，具体涉及一种用于现场快速定量检测水中有毒有害物质含量的多参数水质快速分析装置。

背景技术

在地球表面和表层中以各种形态存在的水，是自然赐予包括人类在内的全体生物界的生命线和宝贵财富。人的生存离不开水，水对人类社会的发展有最为密切的关系。人类的出现和人类社会的发展，水不仅作为维持其生理需要的要素，也是不断丰富人类生活的重要物资。

长期以来，由于种种原因，大量未经处理的工业和生活污水直接排入河流、湖泊和水库，使人们赖以生存的水体严重污染。人们为提高农业产值，在农业生产中大量使用化肥、农药，造成大量残余的化肥、农药随地表径流汇入江河，因而使河流水质恶化。监测资料表明，我国的地表水环境质量情况现在仍然是普遍受到污染，在全国已监测断面中，62％的断面水质处于IV类以上，其中有近30％的断面水质处于劣V类，水污染状况仍然没有得到根本的改善。

由于以上种种原因，水质监测非常必要，保障水质质量成为保障生存和保护人类生命健康的基础，成为提高经济运行和人类生活质量的基础。同时，保障水质质量的快速检测技术也同样得到各相关部门的高度重视，很多快速检测方法也被纳入各个国家的标准方法。水质检测涉及的有害物质种类很多，本发明主要检测水质中余氯、总氯、二氧化氯、氯化物、六价铬、锰、钙、铁、铝、铜、锌、镉、铅、汞、硒、钠、银、锑、钡、铍、硼、镍、鉬、铊、氟化物、硫化物、氰化物、总磷、氨氮、溶解氧、耗氧量、挥发酚、阴离子、色度、臭和味、浑浊度、臭氧、硝酸盐、亚硝酸盐氮、溴酸盐、硫酸盐、亚氯酸盐、丙烯酰胺、甲醛、PH的含量。

余氯是指水经加氯消毒，接触一定时间后，余留在水中的氯。总氯是指以游离余氯或化合氯或两者并存的形式存在的氯。饮用水或游泳池中余氯、总氯超标，对人体都有一定的伤害。

六价铬是一种金属元素，属国家一类污染物。据专家介绍，人若长期饮用六价铬超标的水，有一定的沉积性的六价铬在体内达到一定浓度时就会引起肠壁出血、人体浮肿等症状。

甲状腺是一种蛋白质，它的合成必须有激活锰的酶催化才能完成。锰离子与头发色泽有很大关系，头发变白是一个衰老标志，黑发含锰充足，灰白发含锰较少，白发含锰最低。锰还参与中枢神经介质的传递及中枢神经细胞的能量供应。食品中缺乏锰，就会出现反应迟钝及智力减退等现象。锰中毒比缺锰更具有重要意义，应引起重视，锰中毒分急性中毒和慢性中毒，急性中毒表现为寒战，高热，全身大汗，四肢无力。慢性中毒所影响的器官主要是脑，早期以神经衰弱症候群和植物神经功能紊乱为主。

水中钙离子的含量超过一定范围时，叫硬水。硬水无论在工业生产还是在人们的日常生活中，负面影响都很大。

天然水中铁以不同形态存在，分为悬浮态和可滤态，这两部分总称为总铁。其中悬浮态包括粘土中铁、生物体中铁、氢氧化铁，可滤态铁包括二价和三价铁离子和铁的络合物。铁是人体必需的元素之一，是血红蛋白、细胞色素酶、过氧化氢和过氧化物酶必需的组分。水中含有0.3mg/L时会产生一定的颜色和异味。水中含铁量高，会使洗过的衣服和卫生用品(瓷器)发生斑点。含量达1～2mg/L时，会产生苦涩味。

铝广泛存在于自然界中，是土壤、动植物的组成成分。岩石侵蚀、土壤渗漏、灰尘沉降、降雨、工业废水是铝进入水体的主要途径。在水处理过程中，常用铝盐作为混凝剂去除水中矿物质及有机物，混凝后的铝盐呈不溶性而沉淀或被滤去。此过程不可避免地有铝残留于水中。水中存在铝时，铁在很低的浓度下就能使水变色。成人每天从食物中的摄铝量约为5mg，如果饮水中铝的质量浓度为0.1mg/L，则从饮水中的摄铝量约为0.2mg，约占总摄入量的4％。铝并非是人体的基本成分，且食物与水中的铝盐不易被吸收。有报道铝与人的老年性痴呆有关。

氟化物存在于地表水和地下水中。氟化物具有防龋作用。人群饮水中氟质量浓度为1mg以上时与饮水中质量浓度为0.1～0.3mg/L相比，其龋齿发病率减少35…％。水中氟质量浓度为0.9～1.2mg/L时，轻度氟斑牙发病率为12％～33％。

磷的污染源主要来自生活污水排放和农业面源污染。由于流域附近的城镇生活污水处理率和污水脱氮脱磷率低下、农业面源污染底数不清、污染防治还缺乏法律保障和有效的治理措施等原因，磷的污染还没有得到有效削减。

氨氮来自腐败的动物排泄物，本身无毒，喝起来臭臭的而已，自来水净水厂往往用加氯的方式去除。这种消毒方式，很容易产生致癌的三氯甲烷。而且氨气如果没有去除，也会氧化成亚硝酸氮，是导致胃癌主要的毒物之一。

溶解氧量受水温、气压和溶质(如盐分)的影响，随水温升高而减少，与大气中氧分压成比例增加。由于水被污染，有机腐败物质和其他还原性物质的存在，溶解氧就被消耗，所以越干净的水，所含溶解氧越多；水污染越厉害，溶解氧就越少。

臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧对藻类也有较强的杀灭作用。臭氧在水中的杀菌速度比氯快。臭氧极易溶解于水而生成臭氧水(溶解度是氧气的13倍)。臭氧在溶解于水的过程中，除能杀灭水中的细菌外，还能分解水中的有机物等有害物质，同时对水有脱色作用。但过量的臭氧也会污染环境，给人类健康造成危害。常见的情况是臭氧会刺激人的呼吸道，使人呼吸困难。

二氧化氯是联合国世界卫生组织确认的一种安全、高效、广谱、强力杀菌剂，二氧化氯在水中扩散速度和渗透能力都很强，且有持久杀菌能力，实际应用表明在0.5PPm时对大肠杆菌保持99％的杀灭率，能保持12小时以上；经口毒性试验表明，二氧化氯属无毒品，积累性试验结论为弱蓄积性物质，使用非常安全。

二氧化氯不稳定，受热或遇光易分解成氧和氯，引起爆炸；遇到有机物等能促进氧化作用的物质时也可产生爆炸。气体二氧化氯用空气冲稀到10％(V/V)以下的浓度时较为安全；二氧化氯水溶液的浓度低于大约8～10g/L，将不产生足够引起爆炸危险的高蒸气压。在水处理的实践中，二氧化氯浓度很少超过4g/L，处理水平一般在0.1到5.0mg/l这样的范围内。

水中亚硝酸盐氮是标志水体被有机物污染的指标之一。它是含氮化合物分解的中间产物，不稳定，易氧化成硝酸盐，也可被还原成氨。它的含量与硝酸盐和氨的含量结合考虑，可推测水体污染程度及净化能力。

众所周知，酸碱度是通过PH测试来测定的：PH值越低，水中的酸性越强，饱和指数越高，所能溶解的矿物质成分也就越多；PH值越高，水中的碱性越强，饱和指数越低，所能溶解的矿物质成分也就越少。

以上水质中的有害物质均严重影响了人们的正常生活，能够现场快速检测出这些有害物质的含量非常必要，现有的检测手段一般仅限于实验室操作，不能现场测试；已有的现场检测手段，也只是局限于单一参数的检测，目前，尚无将集成式超高亮发光管既做光源又做单色器的多参数组合在一起并应用于现场水质快速检测的分析装置出现。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的是提供一种可以简便、快速、现场、定量检测水质中是否安全的多参数水质快速分析装置。

为实现上述目的，本发明提供的多参数水质快速分析装置包括，一快速分析仪，一第一附件和一第二附件。

其中，所述快速分析仪包括机壳、置于机壳外表面的比色池固定环、多个按键、液晶显示屏、电源插座、电源开关及RS232接口，置于机壳内部的比色池、比色瓶、光源单色器、光电检测器、微处理器。

所述比色池内部为圆柱状比色池通道，外部为比色池壳体，所述比色池壳体上部为圆柱体，下部为六方体，比色池壳体上部圆柱体设外螺纹；另设一横向尺寸较机壳上比色池安装孔要大的比色池固定环，所述比色池固定环设内螺纹。

所述比色池通道顶端设有卡口，所述比色池外壁上部对应所述卡口形状设卡头。

所述光源单色器为超高亮发光二极管，呈直线排列分别设置在所述比色池壳体中六方体相邻的侧面，且所述光电检测器为光电传感器，以与发光二极管相同的数目置于所述六方体的相对一侧。

所述比色瓶为带刻度的玻璃瓶，其进样口设置有密封盖，密封盖下部为一台阶，台阶横截面尺寸大于所述比色池通道横截面尺寸。所述比色池密封盖内部装设密封垫。

其中，所述第一附件包含一箱体，该箱体中依次摆放多个试剂瓶，一水浴锅和一水浴锅的电源。

所述第二附件包含一多层盒体，该多层盒体中依次摆放用于样品前处理的一过滤器、一滤膜、和一注射器，用于定量移取实验时所需试剂的一移液器以及装于该移液器头端的移液器吸头，以及用于测量试验中所需的温度的一温度计。

该多层盒体中还摆放有用于取样的多个大试管和多个小试管，用于放置多个比色瓶的一比色瓶架。

本发明提供的多参数水质快速分析仪的显著特点是：

1、仪器以比色分析方法为基础，使操作简便，检测结果直观性好；采用单片机控制，具有测量、设置、记录、保存和数据处理功能。设有RS-232/USB接口，与PC机联机通信，并设有帮助等功能。自动化程度高。大屏幕液晶中文显示，人机交互式操作。

2、仪器中比色池和比色瓶均配合使用采用独到设计，保证仪器整体性。

3、将仪器和附件中的试剂和器件集成在一起使用，可以实现现场的快速测定，并可对多个水样进行采集和测定；

4、整个装置体积小、重量轻、便于携带和搬运。

本发明主要检测水质中的余氯、总氯、二氧化氯、氯化物、六价铬、锰、钙、铁、铝、铜、锌、镉、铅、汞、硒、钠、银、锑、钡、铍、硼、镍、鉬、铊、氟化物、硫化物、氰化物、总磷、氨氮、溶解氧、耗氧量、挥发酚、阴离子、色度、臭和味、浑浊度、臭氧、硝酸盐、亚硝酸盐氮、溴酸盐、硫酸盐、亚氯酸盐、丙烯酰胺、甲醛、PH的含量。适用于自来水、矿泉水、水库、江河湖泊中所含上述物质的检测。

附图说明

图1为本发明中快速分析仪外部结构示意图

图1-1为本发明中快速分析仪工作原理

图1-2为本发明中快速分析仪比色瓶结构示意图

图1-3为本发明中快速分析仪比色池结构示意图

图1-4为本发明中快速分析仪电路连接示意图

图2为本发明中第一附件组装示意图

图2-1为图2中试剂瓶示意图

图2-2为图2中水浴锅电源示意图。

图2-3为图2中水浴锅示意图

图3本发明中第二附件组装示意图

图3-1为图3中温度计示意图

图3-2为图3中大试剂管示意图

图3-3为图3中小试剂管示意图

图3-4为图3中过滤器示意图

图3-5为图3中滤膜示意图

图3-6为图3中注射器示意图

图3-7为图3中比色瓶架示意图

图3-8为图3中移液器示意图

图3-9为图3中吸头示意图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出多参数水质快速分析仪是基于样品中被测物质经提取净化后与显色剂反应生成有色化合物，根据该化合物对可见光有选择性地吸收的原理而建立的一种比色分析的仪器。

本发明包括三部分，分别为快速分析仪1(如图1所示)、第一附件(如图2所示)和第二附件(如图3所示)。

其中，参见图1，快速分析仪具有机壳11，机壳11的前表面设置有液晶显示屏16、返回键71、确认键72、上翻键73、下翻键74。机壳上表面设置比色池15，机壳11后面右侧下方设置的电源控制开关14、电源插座13和RS-232接口12。参见图1-2和图1-3，机壳11中设置有光源/单色器53、比色瓶41、光电检测器52。

如图1-2和图1-3所示，比色池15的外部为比色池壳体51，其上部为圆柱体结构，下部为六方体结构。比色池15内部具有一圆柱状的比色池通道55，其直径与图1-2所示比色瓶41外径间隙配合。在比色池通道55的顶端设有一卡口56，比色池壳体51上部圆柱体带有外螺纹(图中未示)，通过该外螺纹与一比色池固定环54螺纹连接，该固定环54横向尺寸较机壳11上比色池15放置孔孔径要大，将比色池15置入机壳11后，再将该固定环54通过螺纹与比色池壳体51上端外螺纹拧紧，以将比色池15固定连接在机壳11内。

本发明放置样品的容器为比色瓶41，如图1-2所示。比色瓶41为圆柱形玻璃瓶，瓶壁上面带有刻度。比色瓶41放置在比色池通道55中。比色瓶进样口处设置一比色瓶盖43，瓶盖43下端有一台阶，台阶横向尺寸大于比色池通道55的横向尺寸，在测量时可以防止杂散光进入比色池中，瓶盖内有一个硅橡胶密封垫44，在旋紧瓶盖43时可以与比色瓶41紧密配合，以防止比色瓶41中的溶液溢出。在比色瓶盖43外壁边缘处设卡头42，与比色池通道55上的卡口56对应，以将比色瓶41定位于比色池通道55中。在这里，比色瓶41可以随时取出加入显色剂和待测样品，使显色反应在比色瓶41中完成之后再放入仪器的比色池中进行比色测定。

继续参见图1-1和图1-3，比色池15的底端封闭，以此形成单通道反应比色池。在比色池壳体51的六方体侧面贯通侧壁设置了光源/单色器53。在比色池壳体51的六方体侧面与光源/单色器53相对应的水平位置贯通侧壁设置了光电检测器52。光源/单色器53为一定数目的超高亮发光二极管，既做光源又做单色器，呈水平位置排列在六方体相邻的三个侧面上。在本实施例中，采用了日本的日亚和丰田公司生产的超高亮发光二极管，亮度参数在1000mcd以上。波长分别为400nm、405nm、408nm、410nm、412nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm、600nm、610nm、620nm、630nm、640nm、650nm、660nm、830nm、860nm、910nm、925nm、940nm、950nm、960nm、980nm、1006nm、1025nm、为满足不同检测方法对光源/单色器53的波长需求，在本实施例中选用上述波长中的两种波长的发光二极管，设置在六方体相邻的两个侧面上，对准六方体上对应面上的光电检测单元52。光源/单色器采用连续或脉冲方式供电。该电路为常规电路，在此不在详述。光电检测器52为一定数目的光电检测单元52，安装在六方体另外相邻的三个侧面上。在本实施例中，光电检测单元52采用了美国TI公司生产集成光电传感器，型号为TSL201、TSL202、TSL203、TSL204、TSL205、TSL206、TSL207、TSL208、TSL209、TSL220、TSL230、TSL235、TSL245、TSL250、TSL251、TSL250、TSL253、TSL254、TSL255、TSL256、TSL257、TSL258、TSL259、TSL260、TSL261、TSL262。当然，本发明也可以采用其它具有同等功效的集成光电传感器。

参见图1-1，示出本发明工作原理：在接通电源58后，光源/单色器53发出的单色光穿过比色池中的样品50(置于比色瓶41内)后照射到光电检测器52，光电检测器52将检测到的光信号转换为电信号后，传输到微处理器59，通过微处理器59进行数据分析将结果输出到显示屏6上，也可以通过RS-232/USB接口与PC联机通信，分析结果也可以由PC机显示出来。微处理器59为飞利浦公司生产的P51、P52系列，其主要参数为12位单片机，内部存储器64K。微处理器59用来接收光电检测器52的输出信号并进行数据处理，处理后的信息由液晶显示屏6显示出来。同时，微处理器也可以通过RS-232/USB接口与电脑联机通信，数据的设置、采集、分析以及处理过程可以通过操作电脑来完成，并将处理后的信息通过显示屏或打印机显示出来。

本发明的电源58、微处理器59、光源/单色器53、光电检测器52、液晶显示屏6、返回按键71、确认按键72、上翻按键73、下翻按键74以及电源开关14、电源插座13和RS-232/USB接口12等元器件的电路连接可以参考图1-4，该电路仅为实现前述功能的一种具体电路连接方式，不作为对其他可能的电路连接的限制。

如图2所示为第一附件的组装图，该第一附件，是在一箱体24中装有若干试剂瓶21(参见图2-1)，瓶内装有试验时所需的各种试剂，还有水浴锅23和水浴锅23的电源22。参见图2-3，该水浴锅23包括水浴锅体231，电源插孔232，手柄233，和水浴锅上盖234，使用时，将需加热显色的比色瓶41置于水浴锅23内部空间，盖上盖234，插上电源22即可，达到显色时间后拔开电源22。

如图3所示为第二附件的组装图，参见图3-1至图3-9，在一多层盒体31内，依次摆放有用于取样的若干大试管32和若干小试管33，用于样品前处理的一过滤器34、一滤膜35、和一注射器34，一用于放置比色瓶41(参见图1-2)的比色瓶架37，用于定量移取实验时所需试剂的一移液器38以及装于该移液器38头端的移液器吸头39，以及用于测量试验中所需的温度的一温度计40。

使用时，将滤膜35装于过滤器34内，然后套装在注射器36的头端，经此前处理后的试剂作为样品试剂。

以下结合具体操作来介绍本发明多参数水质快速分析仪的使用方法。

一、样品处理

将滤膜35装于装于过滤器34内，然后将过滤器34安装在注射器36上用于吸取现场取来的水样，将过滤器34从注射器36上取下，把注射器36内的水样注入试管中备用，可以平行或多处取样，将取得水样分别注入大试管32或小试管33中备用并编号。

将需测水样注入其中一个试剂瓶21中作为样品溶液。用5毫升移液器38准确移取定量样品溶液，置于比色瓶41中，再分别加入相关试剂。然后用蒸馏水或去离子水稀释至10毫升刻度线处，混合均匀后，将比色瓶41在室温放置一定时间后放入水浴锅23中加热至所需温度(用温度计40控制)后取出，作为待测样品溶液。

多个待测样品将分别注入多个比色瓶中，编号后置于比色瓶架37作为待测样品溶液。

二、显色—测量操作

1.空白测量：向装有一定体积蒸馏水的比色瓶41中，分别加入相关试剂，旋紧比色瓶定位器，擦干比色瓶外壁，将比色瓶放入比色池15中锁定。选择“测量”项目，按仪器的提示进行操作，进行空白样品测量。

2.样品测量：将空白比色瓶取出，取下比色瓶定位器，换上样品比色瓶，加入相关试剂，旋紧比色瓶定位器，上下摇动比色瓶溶液混合均匀，擦净比色瓶外壁，将比色瓶放入比色池中锁定。选择“测量”项目按仪器的提示进行操作，得出样品测量的结果。

Claims (9)

1、一种多参数水质快速分析装置，包括一快速分析仪、盛装试剂和加热器的件第一附件、以及盛装取样器件的第二附件。

2、如权利要求1所述的多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述快速分析仪由机壳、置于机壳外表面的比色池固定环、多个按键、液晶显示屏、电源插座、电源开关及RS232接口，置于机壳内部的比色池、比色瓶、光源单色器、光电检测器、微处理器组成。

3、如权利要求2所述的多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述比色池内部为圆柱状比色池通道，外部为比色池壳体，所述比色池壳体上部为圆柱体，下部为六方体，比色池壳体上部圆柱体设外螺纹，另设一横向尺寸较机壳上比色池安装孔要大的比色池固定环，所述比色池固定环设内螺纹。

4、如权利要求3所述的所述的多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述比色池通道顶端设有卡口，所述比色池外壁上部对应所述卡口形状设卡头。

5、如权利要求3所述的所述的多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述光源单色器为超高亮发光二极管，呈直线排列分别设置在所述比色池壳体中六方体相邻的侧面，且所述光电检测器为光电传感器，以与发光二极管相同的数目置于所述六方体的相对一侧。

6、如权利要求3所述的定多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述比色瓶为带刻度的玻璃瓶，其进样口设置有密封盖，密封盖下部为一台阶，台阶横截面尺寸大于所述比色池通道横截面尺寸。

7、如权利要求1至6任一所述的定多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述第一附件包含一箱体，该箱体中依次摆放多个试剂瓶，一水浴锅和一水浴锅的电源。

8、如权利要求1至6任一所述的定多参数水质快速分析装置，其特征在于：所述第二附件包含一多层盒体，该多层盒体中依次摆放用于样品前处理的一过滤器、一滤膜、和一注射器，用于定量移取实验时所需试剂的一移液器以及装于该移液器头端的移液器吸头，以及用于测量试验中所需的温度的一温度计。

9、如权利要求8所述的定多参数水质快速分析装置，其特征在于：该多层盒体中还摆放有用于取样的多个大试管和多个小试管，用于放置多个比色瓶的一比色瓶架。

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