CN205333567U - 一种采用电解法自动监测液体多参数的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种采用电解法自动监测液体多参数的系统，其包括：主控模块，用于负责系统的总体流程控制、数据综合处理以及各模块之间的通讯控制；计量模块，与主控模块连接，用于控制定量抽取待测海水，并反馈至主控模块输出显示检测电压值；动力模块，与计量模块连接，用于驱动计量模块定量抽取待测液体以测量；测量模块，与动力模块和计量模块连接，动力模块将计量的待测液体输送至测量模块中，将待测液体在适当的电位进行电解，经过富集和溶出过程得到峰高，而峰高与待测物质的浓度成正比，从而测定目标参数的浓度值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种采用电解法自动监测液体多参数的系统。
背景技术
检测重金属的方法有很多，目前的分析方法主要有：原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、紫外-可见分光光度法和电化学法(伏安法)。前面四种方法主要应用于实验室的重金属检测，后面两种方法侧重应用于现场水样的重金属在线监测。电化学法中的伏安法就是我们在海洋湿化学法多参数原位监测仪中的一种应用。
伏安法是从电化学分析中的极谱法发展起来的。凡能在电极上被还原或被氧化的无机离子和有机物质，一般都可以用伏安极谱法测定。近二十年来，由于脉冲极谱法、示波极谱法以及半微积分极谱法的兴起，尤其是极谱催化波、络合吸附波和溶出伏安法的成功应用，极谱法和伏安法在重金属痕量分析方法中占有越来越重要的地位。例如，利用催化波、吸附波可测定周期表中大多数元素，不少元素的测定下限可达10-8～10-11g/L。而脉冲溶出伏安法的测定下限可达10-10～10-12g/L。伏安法的优势在于它的极其低的检测下限，它的多元素识别能力和它适用于在线、现场运用。如目前水溶液中重金属离子检测的电化学分析仪器典型代表有瑞士万通的ADI2045等，终端售价也高达90万元人民币左右。国内仪器行业在研制电化学方法的仪器也有一定的进展，但是在稳定性和重复性方面难以保证，我们将综合各种措施与方法，研究开发高重复性的重金属在线监测仪技术。海洋湿化学多参数原位自动监测仪便是使用的阳极溶出伏安法。
阳极溶出伏安法是伏安法中的一种，它具有很高的灵敏度，是一种重要的痕量分析方法，将富集和测定结合在一起的电化学分析方法。它把恒电位电解和溶出伏安结合在一个电极上进行，其基本方法首先是将待测物质在适当(一定电位下)电解一定时间，将待测物质电解富集到电极上(如汞膜电极)生成汞齐，此阶段是预电解阶段，又称富集阶段；接着让溶液静止片刻，然后以等速改变电极电位，即由负向正电位方向扫描，此时富集在电极上的物质又重新在电极上氧化进入溶液中，此阶段称溶出阶段。溶出过程的伏安曲线(i-E曲线)，其峰高(溶出电流ip)与待测离子浓度成正比，是定量分析的基础；峰电位(Ep)与离子的性质有关，是定性分析的基础。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种可以监测海水中痕量元素，高灵敏度、高准确度、高稳定性的电解法自动监测液体多参数的系统，以对海水中的重金属进行检测。
本实用新型提供了一种采用电解法自动监测液体多参数的系统，其包括：
主控模块，用于负责系统的总体流程控制、数据综合处理以及各模块之间的通讯控制；
计量模块，与主控模块连接，用于控制定量抽取待测海水，并反馈至主控模块输出显示检测电压值；
动力模块，与计量模块和动力模块连接，用于驱动计量模块定量抽取待测液体以测量；
测量模块，与动力模块和计量模块连接，动力模块将计量的待测液体输送至测量模块中，将待测液体在适当的电位进行电解，经过富集和溶出过程得到峰高，而峰高与待测物质的浓度成正比，从而测定目标参数的浓度值。优选地，所述不同的目标参数对应不同的电位，输出不同的电位，以辨别检测不同的目标参数。优选地，所述自动监测系统进一步包括预处理模块，其与过滤装置相和计量模块连接，通过预处理模块控制过滤装置过滤筛除海水中的悬浮物或大颗粒物质。优选地，所述计量模块包括计量控制模块、光源、计量管和光电转换器，所述计量管与过滤装置相连通，光源和光电转换器分别设置于计量管的两侧，计量管中设有若干个液位控制点，计量控制模块根据海水或试剂用量的不同而自动选择不同的液位，光源在计量管的左侧，光电转换器在计量管的右侧，用于接收穿透计量管的光线，光电转换器将光信号转换为电压信号，电压信号反馈至主控模块驱动动力模块定量抽取待测液体传输至计量管中。优选地，所述动力模块包括相互连接的动力控制模块、蠕动泵和电磁阀，电磁阀与蠕动泵相连接，主要控制海水或试剂的通断，当电磁阀打开时，海水或试剂可以流经此阀，当关闭时，海水或试剂不能通过。实现蠕动泵待测海水的抽取计量和传送测量。优选地，所述测量模块包括测量控制模块和电解池，所述电解池中设有电极，待测海水在电解池通过电极电解，测定电流或电压的曲线，将其传输至主控模块分析出待测海水中的目标参数的浓度值。优选地，所述主控模块包括数据显示模块，用于输出显示待测海水的中目标参数的浓度值；数据处理模块，用于将收到的电压值转换为浓度值；通讯模块，用于将所测的海水数据传输至指定通讯设备。优选地，所述目标参数为铜，镉，铅，锌中任选一种或多种。
与现有技术相比，本实用新型通过所述采用电解法自动监测液体多参数的系统，运用了现代传感技术和自动测量技术对海水中的痕量重金属进行监测，自动计量、自动抽取监测，将待测物质在适当的电位进行电解，通过电解反应检测输出与相应目标参数对应的电流或电压曲线，经过富集和溶出过程，可以得到峰高，而峰高与待测物质的浓度成正比，从而测定目标参数的浓度值。可搭载在不同船只上用于海水环境因子的长期观测；在大型科考船、中型海洋观测船、小型应急监测艇等船只载体上均可应用，甚至只需配备蓄电池即可在民用快艇上进行近岸海域环境的有效监测。
附图说明
图1为本实用新型的一种采用电解法自动监测液体多参数的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的说明。
本实用新型提供了一种采用电解法自动监测液体多参数的系统，其包括：
主控模块1，用于负责系统的总体流程控制、数据综合处理以及各模块之间的通讯控制；
计量模块2，与主控模块1连接，用于控制定量抽取待测海水，并反馈至主控模块1输出显示检测电压值，反馈出海水的容量；
动力模块3，与计量模块2连接，用于驱动计量模块2定量抽取待测液体以测量；
测量模块4，与动力模块3和计量模块2连接，动力模块3将计量的待测液体输送至测量模块4中；
将待测液体在适当的电位进行电解，经过富集和溶出过程得到峰高，而峰高与待测物质的浓度成正比，从而测定目标参数的浓度值。
在本实用新型的优选实施例中，所述自动监测系统进一步包括预处理模块5，其与过滤装置相和计量模块2连接，通过预处理模块5控制过滤装置过滤筛除海水中的悬浮物或大颗粒物质，以减少海水中杂质对检测的干扰。
在本实用新型的优选实施例中，所述自动监测系统进一步包括下机位系统6，其由各种智能组件组合而成，智能组件中各自内嵌有一个或多个独立的微处理器，能够独立执行模块级的复杂控制和数据采集或处理等功能，还可以自动报错、智能诊断，具有较高的扩展性和兼容性。主控模块1与下机位系统6之间通过CAN总线进行通讯连接，智能组件控制功能执行部件实现采样、预处理、计量取液、预处理、测定目标参数浓度等功能。
所述主控模块1与各功能模块相连接，控制各模块的数据交互和操作控制。计量模块2控制定量抽取待测海水，其中，所述计量模块2包括计量控制模块20、光源21、计量管22和光电转换器23，所述计量管22与过滤装置相连通，光源21和光电转换器23分别设置于计量管22的两侧，计量管22中设有若干个液位控制点，计量控制模块20根据海水或试剂用量的不同而自动选择不同的液位，在本实施例中，所述液位控制点为三个。液位的控制由光电转换器配合完成，光源21在计量管22的左侧，光电转换器23在计量管22的右侧，用于接收穿透计量管22的光线，光电转换器23将光信号转换为电压信号，电压信号反馈至主控模块1驱动动力模块3定量抽取待测液体传输至计量管22中。
所述动力模块3包括相互连接的动力控制模块30、蠕动泵32、电磁阀34和多通阀36，所述计量管22与蠕动泵32、多通阀36相互联通，电磁阀34与蠕动泵32相连接，主要控制海水或试剂的通断，当电磁阀34打开时，海水或试剂可以流经此阀，当关闭时，海水或试剂不能通过，实现蠕动泵32待测海水的抽取计量和传送测量。蠕动泵32产生负压，将待测海水抽取经多通阀36通入计量管22中，多通阀36上开设有多个阀口，控制相应的阀门开启，海水通过对应开启的多通阀口抽吸至计量管22中。
定量抽样完成后，通过动力模块2将计量的待测液体输送至测量模块4中进行电解检测。所述测量模块4包括测量控制模块40和电解池42，所述电解池42中设有电极和微型电化学传感器，待测海水在电解池42通过电极电解，测定电流或电压的曲线，并据此进行定性和定量分析，将其传输至主控模块1分析出待测海水中的目标参数的浓度值。所述微型电化学传感器可为微电极阵列，其具有传质速率高、欧姆降低、信噪比高等优点，非常适合伏安法的重金属检测。微型电化学传感器在检测重金属时，无需加支持电解质，不用去氧和搅拌，操作方便，易于实现原位自动化。
所述主控模块1包括数据显示模块10，用于输出显示待测海水的中目标参数的浓度值；数据处理模块12，用于将收到的电压值转换为浓度值；通讯模块14，用于将所测的海水数据传输至指定通讯设备。通过主控模块1对海水的提取容量、检测的目标参数的浓度值、电解输出的电压和电流值等进行显示和分析输出。
所述不同的目标参数对应不同的电位，输出不同的电位，以辨别检测不同的目标参数。所述目标参数为铜，镉，铅，锌中任选一种或多种。所述待测浓度＝C加·[h2·V加/(h2-h1)·(V电+V海水+V电+2V加)—V加/(V电+V海水+V电+V加)]，C加是加标的浓度，V加是指加标的体积，V海水是指水样的体积，V电是电解液的体积，h1指加标量为零对应的高度，h2指加标后浓度对应的高度。
检测时，首先，通过主控模块1驱动动力模块3定量抽取待测海水传输至计量模块2的计量管22中，通过光电转换器23接收光源穿透计量管22的光线，光电转换器23将光信号转换为电压信号，电压信号反馈至主控模块1驱动动力模块3定量抽取待测液体传输至计量管22中。然后，通过动力模块将计量管中的待测海水抽吸至测量模块的电解池进行电解反应，测定电流或电压的曲线，并据此进行定性和定量分析，将其传输至主控模块分析出待测海水中的目标参数的浓度值。测试方法：改进的差分脉冲阳极溶出伏安法；测量范围：0-10mg/L；精确度：±5％；零点漂移：±5％；量程漂移：±5％；精密度：±5％；检出限：0.01μg/L(Cd为代表)。
以上具体实施方式对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于包括：
主控模块，用于负责系统的总体流程控制、数据综合处理以及各模块之间的通讯控制；
计量模块，与主控模块连接，用于控制定量抽取待测海水，并反馈至主控模块输出显示检测的电压值；
动力模块，与计量模块连接，用于驱动计量模块定量抽取待测液体以测量；
测量模块，与动力模块和计量模块连接，动力模块将计量的待测液体输送至测量模块中，将待测液体在适当的电位进行电解，经过富集和溶出过程得到峰高，而峰高与待测物质的浓度成正比，从而测定目标参数的浓度值。
2.根据权利要求1所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述不同的目标参数对应不同的电位，输出不同的电位，以辨别检测不同的目标参数。
3.根据权利要求1所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述自动监测系统进一步包括预处理模块，其与过滤装置相和计量模块连接，通过预处理模块控制过滤装置过滤筛除海水中的悬浮物或大颗粒物质。
4.根据权利要求1或3所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述计量模块包括计量控制模块、光源、计量管和光电转换器，所述计量管与过滤装置相连通，光源和光电转换器分别设置于计量管的两侧，计量管中设有若干个液位控制点，计量控制模块根据海水或试剂用量的不同而自动选择不同的液位，光源在计量管的左侧，光电转换器在计量管的右侧，用于接收穿透计量管的光线，光电转换器将光信号转换为电压信号，电压信号反馈至主控模块驱动动力模块定量抽取待测液体传输至计量管中。
5.根据权利要求4所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述动力模块包括相互连接的动力控制模块、蠕动泵和电磁阀，电磁阀与蠕动泵相连接，主要控制海水或试剂的通断，当电磁阀打开时，海水或试剂可以流经此阀，当关闭时，海水或试剂不能通过。实现蠕动泵待测海水的抽取计量和传送测量。
6.根据权利要求1所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述测量模块包括测量控制模块和电解池，所述电解池中设有电极，待测海水在电解池通过电极电解，测定电流或电压的曲线，将其传输至主控模块分析出待测海水中的目标参数的浓度值。
7.根据权利要求1所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述主控模块包括数据显示模块，用于输出显示待测海水的中目标参数的浓度值；数据处理模块，用于将收到的电压值转换为浓度值；通讯模块，用于将所测的海水数据传输至指定通讯设备。
8.根据权利要求1所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述目标参数为铜，镉，铅，锌中任选一种或多种。
9.根据权利要求8所述的采用电解法自动监测液体多参数的系统，其特征在于：所述待测浓度＝C加·[h2·V加/(h2-h1)·(V电+V海水+V电+2V加)—V加/(V电+V海水+V电+V加)]，C加是加标的浓度，V加是指加标的体积，V海水是指水样的体积，V电是电解液的体积，h1指加标量为零对应的高度，h2指加标后浓度对应的高度。
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|---|---|---|---|---|
| CN108919704A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-30 | 东南大学 | 一种基于fpga的库伦测硫仪控制系统 |
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