CN202075284U - 食品中硝酸盐自动还原装置 - Google Patents

Abstract

食品中硝酸盐自动还原装置是在外壳上装有显示器、控制键、指示灯、控制开关、取样针、进水嘴、镉柱、浮子及控制开关、比色管进给托架，在托盘上安装样品杯进给托架，托架上留有取样端口，在壳体内装有显示器件、限位开关、蠕动泵板、编程器、电磁阀、取样针升降滑轨、升降电机、反射开关、变压器、稳压电源、进位电机、电磁阀、接近开关、风扇部件电连接。自动完成硝酸盐的还原，大幅度降低分析人员的劳动强度。缩短检测时间，成倍的提高工作效率。仪器体积小巧，便携可现场准确、快速测定。设计独特巧妙，有效地延长了镉粒的使用寿命，减少了使用盐酸或EDTA缓冲液再生镉柱的次数，降低了镉、盐酸及有机溶剂的排放，满足了生活或使用的要求。

Description

食品中硝酸盐自动还原装置

技术领域

本实用新型涉及的是硝酸盐监测技术。具体地讲，就是用于食品、乳品、蔬菜等的专用的食品中硝酸盐自动还原装置。 

背景技术

通常，硝酸盐几乎存在于所有的食品中。硝酸盐在细菌的作用下可还原成亚硝酸盐，在人体内积蓄过量的亚硝酸盐可直接危害人体健康，重则使人中毒。因此快速、准确的检测食品中硝酸盐的含量是一项非常重要的工作。目前国内外用于测定食品中硝酸盐的方法一是使用进口大型精密仪器，但因价格昂贵且需高水平技术人员操作故不易普及。二是手动还原方法存在检测结果误差大、重现性差的问题。国家标准对蔬菜类、乳品类中硝酸盐要求强检，检测需求一般在农贸市场、乳品生产企业等，由于检测面广、量大，迫切需要研制一种既准确又简便实用，而且能够大面积推广的快速检测设备来满足人们的使用需求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能消除上述缺点，具有结构合理、使用便捷、成本低，集快速检测、有效还原为一体等特点的食品中硝酸盐自动还原装置，尤其是研发了硝酸盐自动还原仪，实现了以下功效：①自动完成硝酸盐的还原，大幅度降低分析人员的劳动强度。②缩短检测时间，成倍的提高工作效率。③仪器体积小巧，可作为便携式仪器设备用于蔬菜、食品中硝酸盐的现场准确、快速测定。④价格低廉可在食品生产、流通、监督及菜篮子等单位推广普及。另外由于仪器的设计独特巧妙，有效地延长了镉粒的使用寿命，减少了使用盐酸或EDTA缓冲液再生镉柱的次数，大幅度降低了镉、盐酸及有机溶剂的排放，有利于环境保护，具有很好的环境效益。同时基于国家标准中硝酸盐的测定方法，实现了自动完成食品中硝酸盐还原的快速检测，是理想的食品、乳品、蔬菜等类似物品中硝酸盐快速检测自动还原的专用检测仪器。 

本实用新型的食品中硝酸盐自动还原装置是由镉柱、镉柱的液面控制系统、配电系统、控制系统、动力及调控系统、指示部分及控制系统的控制程序等组成。在该仪器的外壳上装有显示器、控制键、指示灯、控制开关、取样针、进水嘴、镉柱、浮子及控制开关、样品杯和比色管进给托架、取样端口，在托盘上安装样品杯进给托架，托架上留有取样端口，在壳体内装有显示器件、限位开关、蠕动泵及其控制线路板、LOGO编程器、电磁阀半压供电线路板、取样针的升降滑轨、升降电机、反射开关、变压器、稳压电源、进位电机、电磁阀、接近开关、降温排风扇等部件，各部件之间电连接。其中，所述的镉柱是由镉拄管、通气孔、液体存储腔、固定螺丝、浮子、玻璃纤维、镉粒、鲁尔接头等构成，在镉粒管的上端安装液体存储腔，在镉柱两端分别安装鲁尔接头，镉粒盛装在镉柱管中，在镉柱管中的镉粒上方有玻璃纤维，在玻璃纤维上方有一浮子，在玻璃纤维和浮子间存有液体，镉柱内置浮子随液面上下浮动。在液体储存腔顶部留有通气孔。上述镉柱是该自动还原装置的重要组成部分，该装置的各项系统都是围绕镉柱的运行而设立，镉柱是采用内径为7-15mm的玻璃管和工程塑料制成。总长度为20-30cm，镉柱内装有10-50目的镉粒，镉粒高度为10-20cm，两端各有0.5-5cm的玻璃棉隔离，镉粒间隙间共可容纳5-6ml的液体。柱内上端置一可随液面上下浮动的浮子，用于液面高度指示和最低水位控制，以实现镉粒必须始终保持浸泡在液体中。为避免气泡进入镉粒而导致镉柱失效，镉柱上端设计有通气孔，以便气泡的排放。镉柱上端还设有液体存储腔，以暂时存储由于液体输入与输出不平衡而产生在镉柱内的液体。所述的配电系统有变压器、直流稳压电源、中间继电器、蜂鸣器、按纽开关、排风扇、电源开关、电源线、插座等元件组成。其主要功能是为设备的运转提供DC24V，AC9V，12V安全动力电源，为设备散热降温，启动检测程序，提示程序进程等。 

所述的蠕动泵可选用泵头为三通道蠕动泵提供传输动力，其转速可调，正反转可调。同时配有液晶显示面板。其中，蠕动泵的转速、正反转、自动、手动等状态由设置在面板上的显示屏显示。程序的运行状态由LED灯指示。当打开电源时，电源指示灯亮。 

当进行样品还原时，按下面板左下方绿色按钮，此时缓冲液指示灯亮，提示缓冲液开始进入镉柱。缓冲液指示灯熄灭后，样品指示灯亮，提示样品开始进入镉柱，当样品指示灯熄灭后，洗脱指示灯亮，表示开始水洗镉柱。当样品即将流出镉柱时，接收管内开始接收样品液。当样品还原结束后，蜂鸣器发出提示信号提示操作者。 

镉柱的再生：镉柱使用一段时间后，还原效率有所下降，当还原率低于98％时，镉柱需要再生。当进行镉柱还原能力再生操作时，按下仪器面板左下方的黄色按钮，此时再生指示灯亮，提示镉柱再生开始。再生指示灯熄灭后，水洗指示灯亮，提示水洗镉柱开始。当再生程序结束后，有蜂鸣音提示操作者。 

所述的控制系统有微型电磁阀组成。其主要功能是在程控器的作用下，按照要求有顺序的定时开启或关闭，以实现按一定顺序和数量向镉柱输送所需的溶液、控制镉柱液面高度、排弃不需要的液体和收集样品等。 

该自动还原仪的工作原理：当按动绿色按钮后，还原程序被启动，多通道蠕动泵开始转动。在程控器的指令下，稀缓冲液电磁阀被打开，稀缓冲液被输送至镉柱顶部，数分钟后电磁阀关闭。当镉柱到达最低液面时，样品电磁阀被打开，样品同样被输送至镉柱顶部。样品输完以后，当镉柱到达最低液面时，蒸馏水电磁阀被打开，蒸馏水流经镉柱对样品进行洗脱。数秒后，电磁阀关闭。待镉柱到达最低液面时，仪器自动关机，蜂鸣器发出警示信号，还原结束。此时取下样品收集比色管，显色、定容、测吸光值，计算硝酸盐含量。数分钟即可完成全部还原过程。 

镉柱的液面控制系统：镉柱中的镉粒不能暴露在空气中，否则镉粒会氧化、失效。因此，镉粒必须浸泡在溶液中。为此该装置配备了镉柱的液面控制系统。液面控制系统由一只接近开关、镉柱内置浮子和一个微型电磁阀组成。工作原理是：镉柱内置浮子随液面上下浮动，当液面下降至最低水位时，浮子进入接近开关感应区，接近开关动作，给程序控制器发出信号，由程序控制器通过电磁阀，关闭镉柱的输出端。当有液体再进入镉柱时，液面上升，浮子亦随之上升。当浮子脱离接近开关感应区时，接近开关给出信号，电磁阀打开，液体从镉柱流出。 

镉柱的再生：镉柱使用一段时间后，还原效率有所下降，当还原率低于98％时，镉柱需要再生。再生之前，先将仪器背面的进液管插入相应的溶液瓶的底部。接通电源，打开开关，按动前面板上的黄色按钮，镉柱还原能力再生开始，蠕动泵开始转动，打开稀酸电磁阀，稀酸被注入镉柱并通过镉柱对镉粒进行酸洗后关闭。当镉柱内浮子到达最低水位后，去离子水电磁阀被打开，去离子水被注入镉柱对镉粒进行清洗后，电磁阀关闭。流出的液体通过排液管排入废液缸。待管路中的液体全部排出后，蠕动泵停止运转，蜂鸣器发出警示音。至此，再生工作结束。 

样品的检测方法：将10ml样品提取液注入样品杯并置于托架上，同时将50ml具塞比色管置于样品收集托架的相应位置。先将仪器背面的进液管插入相应的溶液瓶的底部。接通电源，打开开关，按动前面板上的绿色(KAL)按钮，此时，蠕动泵开始运转。稀氨缓冲液电磁阀打开，稀氨缓冲液被注入并流经镉柱，与镉粒进行反应，流出液被排入废液缸。稀氨缓冲液电磁阀打开的的同时，固态继电器吸合，脉冲信号启动升降电机，取样针落下至样品杯底部后，稀氨电磁阀关闭。当浮子降至最低液面时，样品电磁阀打开，样品被注入并流经镉柱，与镉粒进行反应后，取样电磁阀打开，开始收集样品。取样后，样品电磁阀关闭。间隔数秒后，样品电磁阀再次打开，样品再一次被注入并流经镉柱，与镉粒进行反应后，样品电磁阀再次关闭。当浮子到达最低水位时，去离子水电磁阀打开，去离子水被注入样品杯后，样品电磁阀打开，去离子水通过样品杯、取样针，管道注入并流经镉柱，对样品进行洗脱。数分钟后去离子水电磁阀关闭。待样品杯中的去离子水全部流经镉柱，进入比色管且浮子到达最低水位后，脉冲信号启动升降电机，取样针升起。取样针到位后，脉冲信号启动进位电机，进给转盘转动。此时若没有新的样品，则蠕动泵停止转动，所有的电磁阀全部复位，蜂鸣器发出提示音，样品还原结束。整个过程数分钟即可完成，实现了快速有效监督监测。 

如果连续做多个样品，只需把样品杯和比色管依次摆放在相应的托架上。样品杯内加入要进行还原的样品并做好标记即可。当一个样品做完下一个样品进位以后，信号进入程控器重新启动还原程序直至全部做完后，蠕动泵停止转动，所有的电磁阀全部复位，蜂鸣器发出提示音，样品还原工作结束。可以根据使用要求设定取样数量，通常，一次选择5-10个样品为宜。 

为控制电磁阀的温升，电路中设计了电磁阀半压维持电路。每当电磁阀打开时，启动脉冲对电磁阀进行启动。电磁阀打开后，由电路半压维持供电。所述控制系统主要由控制程序实现，其主要控制程序： 

(1)控制元件：本装置采用了德国西门子公司生产的LOGO！12/24RC和其扩展块承担运行。 

(2)设计依据：本程序设计依据GB/T5009.33-2008； 

(3)设计要求：A、镉柱内不得失水，不得产生气泡。B、两种液体不得有混淆现象。C、必须保证样品在镉柱内的有效反应时间。D、样品从样品杯进入镉柱全程不得有滞留或流失。E、每次进样品的数量不大于镉柱内液体的容积。 

(4)解决办法：A、镉柱内设置了最低水位控制装置，通过程序控制镉柱出口的电磁阀阻断液体流出。B、本程序采用了最低水位启动控制程序，当前一种液体进入镉柱后，镉柱内液面到达最低液面时，方可启动下一工作程序。C、样品进入镉柱后，为使样品完全与镉粒反应，程序中设计了微量进水和延时洗脱程序。D、为防止样品流经途中的损失，程序中设计了洗杯控制程序。E、对于大于5ml的样品，设计了分批进样的程序，每批次间隔一定的时间，确保样品与镉柱的充分反应时间。 

(5)程序运行状况：稳定、可靠、操作简单。液体的流速由蠕动泵的转速控制，液体的流量由时间控制。 

通常，程序运行中如果需要停止程序运行，只要按动以下红色按钮即可。在没有运行程序时，红色按钮用做样品杯进位。即按动以下进一位。 

其程序的特点： 

1、当前一种液体全部进入镉柱并到达最低水位后，程序方可启动下一程序，打开电磁阀使下一种液体开始进入镉柱。 

2、为使样品完全与镉粒反应，程序中设置了样品注入间隔时间和延时洗脱控制。 

3、为防止检品在流经途中流失或潴留，程序中设置了清洗样品杯和管路的控制。 

4、同时设置了还原程序和镉柱还原率再生两套程序。运行中互锁。 

5、程序中设置了逐级启动命令。当上一级程序运行结束后，自动启动下一级程序开始运行。 

6、程序中设置了样品自动进位和手动进位命令。当一次做多个检品时，一个样品还原结束后，程序自动将下一个样品进到检测的位置，并启动程序。 

7、对电磁阀实施了半压维持供电。 

仪器运行操作步骤： 

1、将仪器置于通风干燥处。尽量靠近排水槽，便于废液的排放。 

2、将电源插头插入220V 50HZ交流电源。 

3、开启镉柱顶端的密封孔，为避免镉柱中的镉粒暴露在空气中，仪器出厂时，已将镉柱注满水，并加以密封。 

4、将蠕动泵泵头硅胶管压紧装置置于运行状态。 

5、将配置好的缓冲液、镉柱再生液、蒸馏水通过硅胶管连接在仪器背面的相应入口。废液排放孔通过硅胶管与废液收集装置连接。 

6、打开仪器背面的电源开关。此时电源指示灯亮、蠕动泵工作状态显示屏将显示，反转、自动、转速等。 

7、按一下程序启动按钮，蠕动泵被启动运转。此时排除镉柱内多余的液体，直至镉柱内置浮子下降至最低液面高度呈静止状态为止。多余液体通过废液管排出。 

附图说明

图1：食品中硝酸盐自动还原装置结构示意图 

图2：图1中样品杯进给托架俯视结构示意图 

图3：图1中镉柱结构示意图 

图4：食品中硝酸盐自动还原装置工作原理示意图 

图5：食品中硝酸盐自动还原装置自动控制示意图 

图6：食品中硝酸盐自动还原装置配电原理示意图 

图中：1-液晶显示屏、2-蠕动泵调控软键、3-镉柱、4-浮子及控制开关、5-取样针、6-进水嘴、7-样品杯进给托架、8-程序运行状况指示灯、9-控制按钮、10-取样端口、11-比色管进给托架、12-样品杯进给托架托盘、A-通气孔、B-液体存储腔、C-固定螺丝、D-浮子、E-玻璃纤维、G-镉粒、H-鲁尔接头、I-鲁尔接头 

具体实施方式

结合附图进一步说明本实用新型的结构： 

如图所示的食品中硝酸盐自动还原装置是由镉柱3、镉柱的液面控制系统、配电系统、控制系统、控制程序、动力及调控系统和指示部分组成，在该仪器的外壳上装有显示器1、指示灯8、蠕动泵调控软键2、取样针5、进水嘴6、镉柱3、浮子及控制开关4、样品杯和比色管进给托架11，在托盘12上安装样品杯进给托架7，托架7上留有取样端口10，在壳体内装有显示器件、限位开关、蠕动泵及其控制线路板、LOGO编程器、电磁阀半压供电线路板、取样针升降滑轨、升降电机、反射开关、变压器、稳压电源、进位电机、电磁阀、接近开关、降温排风扇部件电连接。所述的镉柱是由镉拄管、通气孔A、液体存储腔、固定螺丝C、浮子D、玻璃纤维E、镉粒G、鲁尔接头H、I构成，在镉柱管的上端安装液体存储腔，在镉柱3的两端分别安装鲁尔接头，镉粒G盛装在镉柱管中，在镉柱管中的镉粒上方放有玻璃纤维，在玻璃纤维E上方有一浮子D，在玻璃纤维E和浮子D间存有液体，镉柱内置浮子D随液面上下浮动，在液体储存腔顶部留有通气孔。所述的镉柱是选用内径为7-15mm的玻璃管和工程塑料制成，总长度为20-30cm，镉柱内装有10-50目的镉粒，镉粒总高度为10-20cm，两端各有0.5-5cm的玻璃棉隔离，镉粒间隙间共可容纳5-6ml的液体，柱内上端置一可随液面上下浮动的浮子，用于液面高度指示和最低水位控制到镉粒始终保持浸泡在液体中。所述的配电系统有变压器、直流稳压电源、中间继电器、蜂鸣器、按纽开关、排风扇、电源开关、电源线、插座元件电连接组成，由DC24V，AC9V，12V为设备提供安全动力电源。所述的蠕动泵可选用液体传输的动力源，采用了泵头为三(六)通道、硅胶管的蠕动泵，配有液晶显示面板，其中，蠕动泵的转速、正反转、自动、手动状态由面板上的显示屏显示，蠕动泵和电磁阀的工作状态由LED灯指示。所述的控制系统有微型摇杆式电磁阀组成，由程控器连接电磁阀有顺序定时开闭，控制镉柱液面高度、排弃废液和收集样品。 

实施例：牛奶样品的检测为例 

1、牛奶的预处理、提取、净化。(按国标方法) 

2、吸取10.00mL净化液于样品杯中，将样品杯置于还原仪样品进给转盘靠近取样针右侧的第一个孔洞中，同时将50mL带塞比色管，置于样品收集转盘靠近收集端口右侧的第一个孔洞中。按动红色进位按钮进位。(如一次做多个样品，顺时针依次摆放，并做好相应标记。一次最多可做六个样品) 

3、按动还原程序启动按钮(绿色)运行还原程序。程序运行结束后，蜂鸣器发出嘀-----的警示音。 

4、取下比色管，加入2mL对氨基苯磺酸溶液(4g/L)，混匀，静置5min后，加入1mL盐酸萘乙二胺溶液(2g/L)，加水稀释至刻度，混匀，静置15min，用2cm比色杯，以零管调节零点，于波长538nm处测吸光度，与绘制的标准曲线比较。同时做空白试验。 

5、按国标计算公式计算，本批牛奶样品硝酸盐含量为0.71mg/kg。 

对于蔬菜类样品，根据其含量，将样品量定为5ml。对于乳粉类样品，根据其含量，将样品量定为10ml。样品测定程序定为先用20ml缓冲液冲洗镉柱后，冲洗镉柱用的缓冲液排入废液缸。后样品溶液进入镉柱，停留数秒后，蒸馏水进入样品杯进行冲洗。再用蒸馏水冲洗镉柱。样品和蒸馏水由一个比色管接收即可。 

Claims (6)

1.一种食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于是由镉柱、镉柱的液面控制系统、配电系统、控制系统、动力及调控系统和指示部分组成，在该仪器的外壳上装有显示器、控制键、指示灯、控制开关、取样针、进水嘴、镉柱、浮子及控制开关、样品杯和比色管进给托架，在托盘上安装样品杯进给托架，托架上留有取样端口，在壳体内装有显示器件、限位开关、蠕动泵及其控制线路板、LOGO编程器、电磁阀半压供电线路板、取样针的升降滑轨、升降电机、反射开关、变压器、稳压电源、进位电机、电磁阀、接近开关、降温排风扇部件，各部件之间电连接。

2.如权利要求1所述的食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于所述的镉柱是由镉拄管、通气孔、液体存储腔、固定螺丝、浮子、玻璃纤维、镉粒、鲁尔接头构成，在镉柱管的上端安装液体存储腔，在镉柱的两端分别安装鲁尔接头，镉粒盛装在镉柱管中，在镉柱管中的镉粒上方放有玻璃纤维，在玻璃纤维上方有一浮子，在玻璃纤维和浮子间存有液体，镉柱内置浮子随液面上下浮动，在液体储存腔顶部留有通气孔。

3.如权利要求1或2所述的食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于所述的镉柱是选用内径为7-15mm的玻璃管和工程塑料制成，总长度为20-30cm，镉柱内装有10-50目的镉粒，镉粒总高度为10-20cm，两端各有0.5-5cm的玻璃棉隔离，镉粒间隙间共可容纳5-6ml的液体，柱内上端置一可随液面上下浮动的浮子，用于液面高度指示和最低水位控制到镉粒始终保持浸泡在液体中。

4.如权利要求1或2或3所述的食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于所述的配电系统有变压器、直流稳压电源、中间继电器、蜂鸣器、按纽开关、排风扇、电源开关、电源线、插座元件电连接组成，由DC24V，AC9V，12V为设备提供安全动力电源。

5.如权利要求1或2或3所述的食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于所述的蠕动泵可选用液体传输的动力源，采用了泵头为三通道或六通道、硅胶管的蠕动泵，配有液晶显示面板，其中，蠕动泵的转速、正反转、自动、手动状态由面板上的显示屏显示，蠕动泵和电磁阀的工作状态由LED灯指示。

6.如权利要求1或2或3所述的食品中硝酸盐自动还原装置，其特征在于所述的控制系统有微型摇杆式电磁阀组成，由程控器连接电磁阀有顺序定时开闭，控制镉柱液面高度、排弃废液和收集样品。 

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