CN204462005U - 一种水质重金属在线样品检测系统 - Google Patents

Abstract

一种水质重金属在线样品检测系统，包括样品检测流路、样品检测室、微型光谱仪；所述样品检测流路包括多位阀、储液环、注射泵，多位阀通过管路连接储液环一端，储液环另一端通过管路连接注射泵一端，注射泵另一端通过管路连接超纯水，多位阀连接样品检测室。光源发出检测光束进入样品检测室，出射光束经过透镜聚焦后进入微型光谱仪，微型光谱仪连接测量与控制系统。本实用新型一种水质重金属在线样品检测系统,具备流路切换、样品与试剂的精确抽取，以及流路的自动清洗功能；同时在不影响检测光路的前提下，基于超声技术与水浴恒温原理，集光学检测、自动恒温、搅拌与清洗等功能于一体。

Description

一种水质重金属在线样品检测系统

技术领域

本实用新型一种水质重金属在线样品检测系统，涉及水质在线检测领域。

背景技术

随着科学技术的发展，水质重金属污染的检测方法取得了很大的成就，常用的检测方法有质谱法、原子光谱分析法、分光光度法、电感耦合等离子体法等，此外，一些新兴的检测方法也有所发展，如生物传感器法、酶抑制法、微流控分析法等，但这些方法或操作步骤冗长繁琐，或干扰因素较多、或需要使用比较昂贵的大型分析仪器，而且对操作人员有很高的专业技能要求，因而，大都只能在实验室内完成,不能满足现场、快速在线检测的技术要求。

比较而言，比色分析法和电化学分析法，检测快速，操作简单，易于开发水质监测仪器，实现对重金属的现场、快速在线检测。但是，重金属污染很多，如：汞、铅、铬、镉、砷、铜、锰、铁等。目前，环保、水利等部门为了全面监测重金属污染和综合评价水质变化，不得不采用多电化学传感器探头集成型仪器、多比色分析模块集成型仪器、甚至多台单参数水质监测仪器的组合这三种技术途径实现水质重金属的多参数实时监测，以上技术途径难以满足水质监测技术在多参数监测的扩展性和现场紧急使用的灵活性的方面的技术要求，并且使用成本比较高，如：多比色分析模块集成型仪器一般最多集成3-4个模块，否则仪器成本过高（一般每增加一个比色分析模块，仪器价格将增加7-10万元，增大）而使用户难以接受，而且如增加一个比色分析模块仪器体积也会变大。基于阳极溶出伏安法的水质重金属监测仪器虽然能够检测多项重金属参数，但是，由于传感电极与水接触，为保证电极不被污水腐蚀而延长仪器的使用寿命，此类仪器检测上限不高，测量范围不大，一般只能监测地表一类与二类水质污染，而不能用于工业废水处理和城市污水处理的排放监测，也不能用于地表水质的突发性重金属污染监测。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种水质重金属在线样品检测系统。能够在线顺序检测多项水质重金属参数（如汞、铅、铬、镉、砷等），同时，该系统具备流路切换、样品与试剂的精确抽取，以及流路的自动清洗功能；并且在不影响检测光路的前提下，基于超声技术与水浴恒温原理，集光学检测、自动恒温、搅拌与清洗等功能于一体。

本实用新型采取的技术方案为：

一种水质重金属在线样品检测系统，包括样品检测流路、样品检测室、微型光谱仪；

所述样品检测流路包括多位阀、储液环、注射泵，多位阀通过管路连接储液环一端，储液环另一端通过管路连接注射泵一端，注射泵另一端通过管路连接超纯水，多位阀连接样品检测室。光源发出检测光束进入样品检测室，出射光束经过透镜聚焦后进入微型光谱仪，微型光谱仪连接测量与控制系统。

所述样品检测室包括不锈钢水槽，不锈钢水槽内设有流通检测池，流通检测池设有接口、溢流口，不锈钢水槽设有进水口，所述接口、进水口、溢流口均连通至样品检测室，所述接口通过管路连接多位阀，所述溢流口连接废液池，所述进水口连接微型蠕动泵，微型蠕动泵连接超纯水。所述样品检测室一侧安置有超声波换能器，超声波换能器连接超声波发生器。

所述样品检测室的侧壁设有热电温控模块，流通检测池内安装有热敏电阻，热敏电阻连接数字温度传感器，数字温度传感器输出信号到测量与控制系统，测量与控制系统连接热电温控模块。

所述样品检测室下部设有光窗，检测光束穿过光窗、并透过流通检测池。

所述样品检测室底部设有水槽排废口、检测池排废口，水槽排废口连接第一微型直流电机蠕动泵一端、第一微型直流电机蠕动泵另一端连接废液池。所述检测池排废口连接三通换向电磁阀的公共口，所述三通换向电磁阀的常开口连接微型步进电机蠕动泵，所述三通换向电磁阀的常闭口连接第二微型直流电机蠕动泵，第二微型直流电机蠕动泵连接至废液池。所述第一微型直流电机蠕动泵、第二微型直流电机蠕动泵、微型步进电机蠕动泵、三通换向电磁阀均连接测量与控制系统。

所述三通换向电磁阀的常开口通过硅胶管连接微型步进电机蠕动泵，所述三通换向电磁阀的常闭口通过硅胶管连接第二微型直流电机蠕动泵，第二微型直流电机蠕动泵通过硅胶管连接至废液池。

所述进水口通过硅胶管连接微型蠕动泵，微型蠕动泵通过硅胶管连通超纯水。

所述不锈钢水槽设有盖板。

所述多位阀为24位多位阀。

所述管路为PEEK管。

本实用新型一种水质重金属在线样品检测系统，技术效果如下：

1）、以微型光谱仪为核心，能够在宽光谱范围内检测多项水质重金属参数，与背景技术所述水质重金属多参数监测技术相比，本系统具有成本低、体积小、水质重金属多参数检测的扩展性和灵活性更强的技术优势；

2）、在微型光谱仪连续宽光谱分析的基础上更易展开在线水质监测信号处理研究，以消除被测水样的浊度、色度背景干扰，从而提高水质重金属在线检测的准确度；

3）、具有自动抽样、自动搅拌、自动恒温、自动清洗和自动检测的多功能系统集成的技术优势，能够有效保障系统的稳定性与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型系统连接示意图；

图2为本实用新型系统的光谱检测系统示意图；

图3为本实用新型系统的样品检测室结构示意图一；

图4为本实用新型系统的样品检测室结构示意图二。

具体实施方式

经物理预处理（主要是沉淀及一定精度的过滤）后的在线被测水样在监测仪器控制系统的作用下先进入在线样品消解系统，使水样中的汞、铅、镉、铬、砷均被氧化消解为相应的离子态后，再进入本实用新型一种水质重金属在线样品检测系统,以检测水样中被测重金属的含量。

如图1所示，一种水质重金属在线样品检测系统，该系统主要包括样品检测流路a和光谱检测系统，所述光谱检测系统包括光源d、样品检测室b和微型光谱仪c。

所述样品检测流路a由24位多位阀a1、储液环a2和注射泵a3组成，主要基于顺序注射原理而设计，所述24位多位阀a1具有多通道流路切换功能，其阀位13#通过PEEK（聚醚醚酮）管连接在线样品消解系统流路，其公共口通过PEEK管连接储液环a2，其阀位1#通过PEEK管连接在线光谱检测系统内的样品检测室b。所述储液环a2另一端通过PEEK管连接注射泵a3，注射泵a3的另一端口通过PEEK管接通超纯水w。样品检测流路a具有流路切换、样品与试剂的精确抽取和流路的自动清洗功能，详述为：控制24位多位阀a1转子（其内部一个可以转动的管道）可以使公共口与连接标准样品、检测试剂、在线水样、超纯水等阀位的流路导通，从而实现流路切换。检测某一重金属参数时，控制注射泵a3与24位多位阀a1，把一定体积的样品（标准样品或消解后在线水样）与对应的检测试剂依次抽入储液环a2内，然后多位阀转子转到阀位1#，注射泵a3反推，即可把样品反应体系推入样品检测室b，进行在线显色反应与光谱检测，检测完毕后，控制直流泵排空样品检测室b，并控制多位阀与注射泵a3协同工作，完成样品检测室b的自动清洗。综上：样品检测流路顺序抽取水样和被测重金属对应的检测试剂进入样品检测室b，（这需要控制24位多位阀a1、注射泵a3和储液环a2协同工作，即通过24位多位阀a1的流路切换，注射泵a3顺序抽取一定体积的水样和被测重金属对应的检测试剂进入储液环a2，然后，24位多位阀a1的公共口再切换到光谱检测系统对应的流路，再通过注射泵a3把储液环a2内的反应体系反推到样品检测室b，完成对水样中被测水质参数的检测，检测完毕后，自动清洗样品检测室b，然后再抽取一定体积的水样和下一个被测重金属对应的检测试剂进入样品检测室b，以完成对多项水质重金属的在线顺序检测。

图2示出了光谱检测系统原理，包括光源d、样品检测室b和微型光谱仪c。所述光源d为仪器专用卤钨灯，经准直后形成平行的检测光束9进入样品检测室b，出射光束经透镜e聚焦进入微型光谱仪c，微型光谱仪c输出数据通过并口送入测量与控制系统f进行处理分析，测量与控制系统f也通过并口对微型光谱仪c供电。所述微型光谱仪c波长范围为：200-1100nm，波长分辨率为1nm。

图3示出了样品检测室b的结构示意图，所述样品检测室b在设计原理上,不但考虑到水质样品反应体系的光学检测，而且还针对样品在线显色反应对搅拌、恒温和清洗的技术要求，作为系统检测光路与试样流路的交叉，在不影响检测光路的前提下，基于超声技术与水浴恒温原理，设计了一种集光学检测、自动恒温、搅拌与高效清洗等功能于一体的多功能微小型样品检测室。

 如图3、图4所示，样品检测室b的主体为不锈钢水槽1，其内设有流通检测池2，所述流通检测池2设有接口3、溢流口4；所述水槽1设有进水口5；所述接口3、进水口5、溢流口4均连通至样品检测室b，并伸出样品室外壁；所述接口3通过PEEK管连通多位阀的阀位1#（即连接检测流路），所述溢流口4通过管道连接至废液池6，所述进水口5通过硅胶管连接微型蠕动泵7，微型蠕动泵7通过硅胶管接通超纯水w。所述微型蠕动泵7为微型步进电机蠕动泵，连接控制系统控制其工作状态与过程。

 所述样品检测室b下部侧壁设有光窗8，检测光束9通过光窗8并透过流通检测池2。所述样品检测室b一侧安置有超声波换能器10，超声波换能器10接超声波发生器11，产生超声波12，用于超声波搅拌。所述超生波发生器11连接控制系统，控制其工作状态与过程。

 所述样品检测室b底部设有水槽排废口13、检测池排废口14，所述水槽排废口13通过硅胶管连接第一微型直流电机蠕动泵15，第一微型直流电机蠕动泵15另一端管道连接废液池6，所述检测池排废口14通过硅胶管连接三通换向电磁阀16的公共口17，所述三通换向电磁阀16的常开口18通过硅胶管连接微型步进电机蠕动泵19，所述三通换向电磁阀16的常闭口20通过硅胶管连接器第二微型直流电机蠕动泵21，第二微型直流电机蠕动泵21通过硅胶管连接至废液池6。所述检测池排废口13为空气气泡流路进口。所述第一微型直流电机蠕动泵15和第二微型直流电机蠕动泵21、所述微型步进电机蠕动泵19、所述三通换向电磁阀16均连接控制系统，以控制其工作状态或工作过程。

 所述样品检测室b的侧壁设有热电温控模块22，流通检测池2内安装有玻璃封装热敏电阻23，热敏电阻23通过导线连接数字温度传感器24，所述数字温度传感器24输出信号送测量与控制系统f，作为反馈信号控制热电温控模块22的工作模式，以通过水浴恒温控制流通检测池2内样品反应体系25的温度。

盖板26通过机械结构固定，水槽1通过进水口5在主控系统作用下，往不锈钢水槽1内注入一定体积的超纯水w，超纯水w的更换可通过由水槽排废口13和第一微型直流电机蠕动泵15将废液排入废液池6，溢流口4通过密封固定结构伸出样品反应检测室，通过硅胶管与废液池6连接，是流路进样故障时的安全保证。

接口3为检测流路接口，在样品检测室b内接流通检测池2， 在样品检测室b外接检测流路。在控制系统作用下，可以向流通检测池2内注入被测样品及检测试剂，形成在线样品化学前处理反应体系25。通过控制系统控制微型步进电机蠕动泵19可以反向吹气，对反应体系25形成气泡搅拌27，样品检测完毕后，通过控制系统打开三通换向电磁阀16的常闭口20，控制第二微型直流电机蠕动泵21、超声波发生器11以及检测流路，四者协同工作，完成样品检测室的排废及清洗。

所述流路系统与样品检测室外围流路系统、所述超声波发生器11、热电温控模块22均连接控制系统，以控制其工作过程。

Claims (10)

1.一种水质重金属在线样品检测系统，包括样品检测流路（a）、样品检测室（b）、微型光谱仪（c）；其特征在于，所述样品检测流路（a）包括多位阀、储液环（a2）、注射泵（a3），多位阀通过管路连接储液环（a2）一端，储液环（a2）另一端通过管路连接注射泵（a3）一端，注射泵（a3）另一端通过管路连接超纯水（w），多位阀连接样品检测室（b）；

光源（d）发出检测光束（9）进入样品检测室（b），出射光束经过透镜（e）聚焦后进入微型光谱仪（c），微型光谱仪（c）连接测量与控制系统（f）；

所述样品检测室（b）包括不锈钢水槽（1），不锈钢水槽（1）内设有流通检测池（2），流通检测池（2）设有接口（3）、溢流口（4），不锈钢水槽（1）设有进水口（5），所述接口（3）、进水口（5）、溢流口（4）均连通至样品检测室（b），所述接口（3）通过管路连接多位阀（a1），所述溢流口（4）连接废液池（6），所述进水口（5）连接微型蠕动泵（7），微型蠕动泵（7）连接超纯水（w）；

所述样品检测室（b）一侧安置有超声波换能器（10），超声波换能器（10）连接超声波发生器（11）。

2.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述样品检测室（b）的侧壁设有热电温控模块（22），流通检测池（2）内安装有热敏电阻（23），热敏电阻（23）连接数字温度传感器（24），数字温度传感器（24）输出信号到测量与控制系统（f），测量与控制系统（f）连接热电温控模块（22）。

3.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述样品检测室（b）下部设有光窗（8），检测光束（9）穿过光窗（8）、并透过流通检测池（2）。

4.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述样品检测室（b）底部设有水槽排废口（13）、检测池排废口（14），水槽排废口（13）连接第一微型直流电机蠕动泵（15）一端、第一微型直流电机蠕动泵（15）另一端连接废液池（6）；

所述检测池排废口（14）连接三通换向电磁阀（16）的公共口（17），所述三通换向电磁阀（16）的常开口（18）连接微型步进电机蠕动泵（19），所述三通换向电磁阀（16）的常闭口（20）连接第二微型直流电机蠕动泵（21），第二微型直流电机蠕动泵（21）连接至废液池（6）。

5.根据权利要求4所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述第一微型直流电机蠕动泵（15）、第二微型直流电机蠕动泵（21）、微型步进电机蠕动泵（19）、三通换向电磁阀（16）均连接测量与控制系统（f）。

6.根据权利要求4所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述三通换向电磁阀（16）的常开口（18）通过硅胶管连接微型步进电机蠕动泵（19），所述三通换向电磁阀（16）的常闭口（20）通过硅胶管连接第二微型直流电机蠕动泵（21），第二微型直流电机蠕动泵（21）通过硅胶管连接至废液池（6）。

7.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述进水口（5）通过硅胶管连接微型蠕动泵（7），微型蠕动泵（7）通过硅胶管连通超纯水（w）。

8.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述不锈钢水槽（1）设有盖板（26）。

9.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述多位阀为24位多位阀。

10.根据权利要求1所述一种水质重金属在线样品检测系统，其特征在于，所述管路为PEEK管。