CN209387597U - 一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于水质分析领域，具体涉及一种有机氮‑有机碳串联式在线检测方法与装置。检测装置与体积排阻色谱系统联用，检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和电子控制系统；脱碳氧化系统后侧连接有机氮和有机碳检测系统，各系统之间可拆分连接，有机氮和有机碳检测系统的前后顺序可调，当脱碳氧化系统依次连接有机碳检测系统、有机氮检测系统时，增大有机氮检测系统管路直内径或缩短管路长度，以减小对有机碳检测系统的压力。本实用新型的检测装置，通过将有机氮和有机碳检测系统串联，使得有机碳和有机氮的检测延迟时间小于8秒，只需要一套氧化系统，无需调整分路之间的管径和长度来调节分流比，提高了长期监测的准确度。
Description
技术领域
本实用新型属于水质分析检测技术领域，具体涉及一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置。
背景技术
溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是土壤、底泥和水体中一系列结构复杂且高度异质性的可溶性化合物的总称，包括大分子蛋白类生物聚体、中等分子量腐殖酸和富里酸、小分子酸、小分子中性物质等。溶解性有机物参与水体中一系列过程，包括酸碱缓冲，金属离子、纳米材料迁移和毒性变化，疏水有机物的迁移转化以及水处理过程中消毒副产物的生成等。溶解性有机物在全球碳储量中占据了重要的一部分，溶解性有机物通过浮游植物的光合作用或者矿化，与大气中的二氧化碳进行相互转化，在全球碳、氮循环中扮演重要角色，对海洋酸化、全球变暖、水体富营养化等环境问题均有重要影响。
液相色谱法是以液体为流动相，利用不同DOM组分与色谱柱填料间的相互作用不同而进行分离并加以在线检测的方法。目前用于DOM表征的液相色谱分离方法主要有两种，一种是以C-18柱为代表的反相色谱柱，根据DOM组分的亲疏水性质进行分离；另一种是体积排阻色谱柱(另一种译法是体积排阻色谱)，根据DOM组分的分子量大小进行分离。体积排阻色谱法是分析溶解性有机物最为重要的方法之一。目前商业化液相色谱联用型检测器有紫外吸收光谱检测器、荧光光谱检测器、示差检测器以及蒸发光散射检测器，由于溶解性有机物具有高度异质性，现有检测器只能进行相对定量，难以真实反映各组分的浓度水平。
溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)是以碳的含量表示水体中有机物的含量的综合指标，有机碳检测器(organic carbon detector,OCD)能通过测得有机流出物的碳含量进行绝对定量，是一种通用型检测器。一般来说，其检测原理分为两步，有机碳的氧化和CO2的测定。有机碳的氧化方式包括紫外氧化法、紫外/过硫酸盐氧化法、硼掺杂金刚石电极氧化法和干式燃烧法等；CO2的分析检测主要分为非色散红外法和薄膜电导法。非色散红外法主要是在酸性条件下利用N2将水中溶解的CO2吹脱，通过非色散红外检测器对N2载气中的CO2浓度进行检测；薄膜电导法则是在酸性条件下流动相中的H2CO3/CO2透过选择性疏水膜，在另一侧流动相中变为CO3 2-/HCO3 -继而引起电导率变化，由于其他离子无法透过疏水膜，因此通过检测电导率变化即可反映被氧化的有机碳浓度。
溶解性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)是指以溶解性有机物中所含氮的量。近代以来化肥的大量使用，全球水体富营养化程度不断增加，溶解性有机氮亦成为重要的研究对象。有机氮物质根据其性质差异在健康风险、生物有效性及其生态环境效应具有重要影响。目前的有机氮测定方法主要基于差减法，即根据中华人民共和国国家标准《GB 11894-89》，利用溶解性总氮浓度的测定，减去溶解性无机氮(即分别测定的 和浓度之和)。这种间接测量，存在多方面测定的累加误差，结果难免不够精确和可靠，特别是在浓度过高时，有机氮容易测定出负值。
目前，虽然在线监测有机碳的仪器设备较多，但大多数有机碳分析仪不能够实现快速实时分析，即以秒为单位进行实时测试。全球存在两家公司涉及两款有机碳检测设备具有实时分析的能力，可与体积排阻色谱联用，分别为苏伊士环境集团的M9SEC便携式有机碳分析仪和德国DOC-Labor实验室的LC-OCD-OND系统。M9SEC便携式有机碳分析仪采用薄膜电导检测方法，无法实现对有机氮和无机氮的检测；LC-OCD-OND系统包括恒流泵、进样器、体积排阻色谱柱、紫外检测器、有机氮氧化单元、紫外吸光度法有机氮检测器、旋转紫外氧化单元、非色散红外法CO2检测器；该系统中有机氮和有机碳的测定通过将色谱柱分离后的流动相进行分流后，以并联方式，分别进行氧化和测定有机碳和有机氮；并联通过分压造成固定比例的分流，然而随着使用时间的增加，分流比的变化造成准确性的降低，采用两种不同形式的氧化模块，耗能高且检修麻烦；需要提供氮气进行CO2吹脱，大而笨重。分路设计在一定程度上降低了灵敏度，增加了色谱峰的宽度，不利于定量分析。此外，设备较为笨重，特别是需要氮气作为载气，增加了仪器使用的复杂性。
液相色谱在国内实验室已经相当普及，然而目前缺乏相配套的可与之联用的有机氮-有机碳在线同步检测器。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种有机氮-有机碳串联式在线检测方法与装置，可与体积排阻色谱联用，对水体中溶解性的有机氮和有机碳浓度进行实时定量分析。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置，所述检测装置与体积排阻色谱系统联用，所述检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和用于各系统运行状态监测与控制并实现通讯的电子控制系统；
所述脱碳氧化系统、有机氮检测系统和有机碳检测系统之间可拆分连接，所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机氮检测系统和有机碳检测系统。
所述体积排阻色谱系统包括依次串接的恒流泵、进样器和体积排阻色谱柱。
所述脱碳氧化系统包括微流试剂注射模块、抽真空模块、无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块；
其中流动相先后流经无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块，所述抽真空模块用于对无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块抽真空，所述微流试剂注射模块用于对流入无机碳脱除模块的流动相注射试剂。
所述微流试剂注射模块包括酸剂微流注射泵、酸剂贮存盒以及微流管路，酸剂微流注射泵从酸剂贮存盒中吸取酸剂注射入流动相中。
所述微流试剂注射模块还包括氧化剂微流注射泵、氧化剂贮存盒，氧化剂微流注射泵从氧化剂贮存盒中吸取氧化剂注入流动相中。
氧化剂微流注射泵和酸剂微流注射泵通过精密步进电机驱动螺旋杆推动微量注射器的推杆实现微流注射功能，注射速度为0.1～8μL/min；所述酸剂贮存盒中贮存的酸剂为体积浓度为5～50％的磷酸，所述氧化剂贮存盒贮存的氧化剂为质量浓度为0.1～10％的过硫酸盐。
所述抽真空模块包括密封壳体、微型真空泵、调速控制电路、真空传感器、单向阀和在线气体过滤器；所述微型真空泵为可调速微型真空泵。
所述无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块设置在密封壳体内，真空紫外氧化模块延伸出的气管连接在线气体过滤器之后与无机碳脱除模块延伸出的气管通过三通合并为一条，合并之后的气管经真空传感器和单向阀后，连接微型真空泵的吸气口，真空传感器将实时压力监测数据传送给电子控制系统，电子控制系统根据实时压力值与设定目标值之间的差值对微型真空泵进行开关控制或者脉冲宽度调制，从而维持密封壳体内部保持相对真空度小于-80kPa。
所述微型真空泵为隔膜气泵，在线气体过滤器内填充活性炭或金属臭氧催化剂，用于去除密封壳体中产生的臭氧气体。
所述无机碳脱除模块包括脱气线圈，透气不透水的毛细管绕成螺旋管状的脱气线圈，流动相流经无机碳脱除模块的脱气线圈时，流动相中所溶解的气体在外侧负压的作用下，扩散到毛细管外的密封壳体中，被微型真空泵抽走。
所述透气不透水的毛细管材质为TeflonPTFE、AF2400或ETFE，外径为0.8～1.8mm，内径为0.2～1.00mm，毛细管的总长为1～10m。
所述真空紫外氧化模块包括紫外灯、紫外灯配套电源和微流管路，所述紫外灯和微流管路位于抽真空模块的密封壳体内。
所述紫外灯采用臭氧型低压汞灯，输出较高强度的185nm真空紫外线；所述微流管路的材质为高纯度石英。
所述微流管路为毛细石英管绕制的螺旋管，所述紫外灯置于毛细石英螺旋管的中心，所述螺旋管的内径为0.5～1.0mm，螺旋管的长度为50～400cm。
所述微流管路为微流控石英芯片，所述紫外灯悬空置于微流控石英芯片的上方1-5mm处，采用刻蚀技术在微流控石英芯片上加工蛇型或回字型流路，所述流路宽为0.10～1.0mm，深度为0.05～0.50mm，流路长度为2～10m。
所述有机氮检测系统为紫外吸光度检测系统，所述紫外吸光度检测系统包括液相色谱的紫外检测器，实现对220±5nm的紫外吸光度的监测。
所述紫外吸光度检测系统采用多波长或光谱型紫外检测器，在监测220±5nm吸光度的同时，还可以实现同时对和250-300nm的紫外吸光度的检测。
所述有机碳检测系统为CO2薄膜电导检测系统，所述CO2薄膜电导检测系统包括CO2选择性透过膜组件、电导检测器、纯水系统；
其中所述电导检测器连接电子控制系统，所述纯水系统将透过到薄膜B侧的HCO3 -和CO3 2-输送到电导率检测器进行电导检测。
所述CO2选择性透过膜组件包括两块夹片和位于两块夹片之间的疏水透气薄膜，所述两块夹片靠近疏水透气薄膜的一侧刻有对称的微流凹槽，疏水透气薄膜将两侧对称的微流凹槽隔离成对称的微流流路；
流动相流经疏水透气薄膜A侧的微流流路时，其中溶解的H2CO3/CO2通过疏水透气薄膜，进入到B侧的纯水微流流路中，变为HCO3 -和CO3 2-，由电导检测器检测电导率的变化。
所述疏水透气薄膜的材质为TeflonPTFE、ETFE或AF2400。
所述纯水系统为利用液相色谱的恒流泵将纯水以设定流速输送至CO2选择性透过膜组件的B侧流路进口处。
所述纯水系统是在B侧流路中添加阴离子交换树脂过滤器，对完成电导率检测的流动相中的HCO3 -和CO3 2-进行脱除，从而实现低电导纯水的再生。
一种上述的检测装置检测有机氮有机碳的方法，待测水样随色谱流动相进入到所述检测装置中，酸剂和/或氧化剂经微流试剂注射模块加注到流动相中，在pH<3的酸性条件下，流动相中的无机碳H2CO3/CO2经过无机碳脱除模块被脱除；随后流动相经过真空紫外氧化模块时，流动相中的有机碳在酸性条件下被氧化成H2CO3/CO2，有机氮被转化为NO3 -，抽真空模块为无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块提供真空负压环境；紫外吸光度检测系统通过测定NO3 -在220±5nm处紫外吸光度来测定有机氮的浓度，串联的有机碳检测系统采用薄膜电导检测方式测定H2CO3/CO2浓度来测定有机碳的浓度。
所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机碳检测系统和有机氮检测系统；
所述有机氮检测系统包括流入管、流通池和流出管，增大流入管和流出管的内径，或者缩短流入管和流出管的长度，使得当流动相在流入管和流出管之间的压力差小于5bar。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点：
(1)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，通过将有机氮和有机碳检测系统串联，使得有机碳和有机氮的检测延迟时间小于8秒，只需要一套氧化系统，简化了设备，无需调整分路之间的管径和长度来调节分流比，提高了长期监测的准确度。
(2)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，通过将脱碳氧化系统、有机碳检测系统和有机氮检测系统设置为可拆分的独立的模块，实现了有机碳检测系统和有机氮检测系统的前后顺序可更换。
(3)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，通过将无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块前置，避免了有机氮检测和有机碳检测的相互干扰，可以实现有机氮有机碳串联一体化检测。
(4)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，通过将有机氮检测系统设置在有机碳检测系统的前侧，避免了有机氮系统对有机碳检测系统的压力冲击，有效的保护了CO2选择性透过膜组件。
(5)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，在有机碳检测系统设置在有机氮检测系统的前方时，通过改造有机碳检测系统的流入管和流出管的管径和长度，减小压力值，从而减小对有机碳检测系统的压力，起到保护CO2选择性透过膜组件的作用。
(6)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，有机氮和有机碳分析检测共用一个真空紫外氧化模块，真空紫外氧化模块和无机碳脱除模块共用一套抽真空系统，降低了制造成本，减小了所需的体积。
(7)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，真空紫外氧化模块的紫外灯和微流管路置于抽真空的密封壳体中，由于空气中的O2和H2O对185nm波长等真空紫外有强烈吸收，抽真空可以增强真空紫外的氧化效果，减少臭氧的产生；同时所产生的极少量臭氧被抽出时经过过滤器，被过滤器中的活性炭填料消除。
(8)本实用新型提供的有机氮有机碳串联在线检测方法与装置，采用CO2薄膜电导检测原理进行检测，对流路扰动小，无需提供氮气气源，便于安装、移动和拆卸。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
附图说明
图1本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的框架示意图。
图2本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的抽真空系统、无机碳脱除模块与真空紫外氧化模块示意图。
图3本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的薄膜电导检测系统示意图：图a为在线纯水再生方案，图b为在线纯水补给方案。
图4本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的CO2选择性透过膜组件示意图。
图5本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的有机氮检测系统的校准标定曲线。
图6本实用新型有机氮-有机碳串联检测器的有机碳检测系统的校准标定曲线。
图7本实用新型有机氮-有机碳串联检测器用于对长江水样进行体积排阻色谱联用分析。
图8本实用新型有机氮-有机碳串联检测器用于对太湖水样进行体积排阻色谱联用分析。
附图标记说明：
1-微流试剂注射模块，2-抽真空模块，3-无机碳脱除模块，4-真空紫外氧化模块，5-紫外吸光度检测系统，6-CO2薄膜电导检测系统，7-电子控制系统；
101-氧化剂微流注射泵，102-酸剂微流注射泵，103-氧化剂贮存盒，104-酸剂贮存盒，201-密封壳体，202-微型真空泵，203-调速控制电路，204-真空传感器，205-单向阀，206-在线气体过滤器，301-脱气线圈，401-紫外灯，402-紫外灯配套电源，403-微流管路，601-CO2选择性透过膜组件，602-电导检测器，603-纯水系统，604-夹片，605-疏水透气薄膜，606-微流凹槽。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种体积排阻色谱联用型有机氮有机碳串联检测器，如图1所示，包括微流试剂注射模块1、抽真空模块2、无机碳脱除模块3、真空紫外氧化模块4、紫外吸光度检测系统5、有机碳检测系统6以及电子控制系统7。被分析水样经过体积排阻色谱分离后，随流动相进入到有机氮有机碳串联一体式检测器，首先酸剂和氧化剂分别经微流试剂注射模块1加注到流动相中，在pH<3的酸性条件下，流动相中的无机碳H2CO3/CO2经过无机碳脱除模块3被脱除；随后流动相经过真空紫外氧化模块4时，流动相中的有机碳在酸性条件下被氧化成H2CO3/CO2，而有机氮被转化为NO3 -，抽真空系统2为无机碳脱除模块3和真空紫外氧化模块4提供所需的真空负压环境；最后紫外吸光度检测系统5通过测定220±5nm处紫外吸光度来测定硝态氮的浓度，串联的有机碳检测系统6采用薄膜电导检测方式测定H2CO3/CO2浓度来测定有机碳的浓度。
如图2所示，所述的微流试剂注射模块1包括氧化剂微流注射泵101、酸剂微流注射泵102、氧化剂贮存盒103和酸剂贮存盒104以及微流管路；两套微流注射泵分别从贮存盒中吸取酸剂和氧化剂注射入流动相中，所述的微流注射泵101和102是通过精密步进电机驱动螺旋杆推动500μL的微量注射器的推杆实现微流注射功能；所述的氧化剂贮存盒103贮存有质量浓度为5％的过硫酸钾作为氧化剂，注射速度为0.1～8μL/min；所述的酸剂贮存盒104采用体积浓度为45％的磷酸作为酸剂，注射速度为0.1～8μL/min。
如图2所示，所述的抽真空模块2包括密封壳体201、可调速微型真空泵202、调速控制电路203、真空传感器204、单向阀205和在线气体过滤器206，密封壳体201延伸出的两条气管通过三通合并为一条，其中真空紫外氧化模块4延伸出的气管连接在线气体过滤器206，合并后的气管经真空传感器204和单向阀205后，连接微型真空泵202的吸气口；所述的可调速微型真空泵202为隔膜气泵，工作电压12V，最大流量为4.6L/min，真空度可达-98kPa；所述的在线气体过滤器206内填充活性炭，主要用于去除密封壳体201中所产生的少量臭氧气体；真空传感器204将实时压力监测数据传送给电子控制系统7，电子控制系统7根据实时压力值与设定目标值之间的差值对微型真空泵进行开关控制或者脉冲宽度调制，从而维持密封壳体内部保持相对真空度小于-90kPa。
如图2所示，所述的无机碳脱除模块3主要为透气不透水的毛细管路所绕成的脱气线圈301，位于抽真空系统密封壳体的内部，采用外径1/16英寸内径0.75mm的乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE材质毛细管，线长4m；在真空环境下，流动相流经无机碳脱除模块的毛细管脱气线圈301时，流动相中所溶解的O2和CO2等气体在外侧负压的作用下，扩散到毛细管外的密封壳体201中，被真空泵202抽走。
如图2所示，所述的真空紫外氧化模块4，包括紫外灯401、紫外灯配套电源402和微流管路403，其中紫外灯灯管401和微流管路403位于抽真空系统的密封壳体内；所述的紫外灯401为臭氧型低压汞灯，即可以输出较高强度的185nm真空紫外线，本实施例中选用BHK公司所生产的笔形汞灯，有效长度为7cm，灯管外径为6.5mm；所述的微流管路403，本实施例采用外径2mm、内径0.8mm毛细石英管绕成螺旋状，螺旋的外径为13mm，螺旋长度为8cm，螺旋线长约为150cm；紫外灯管置于毛细石英螺旋管的中心；在微流管路403中，有机碳被氧化为H2CO3/CO2，而有机氮被转化为NO3 -，主要来自于两方面作用，一是汞灯所产生的紫外射线特别是185nm波长真空紫外射线照射到水中产生强氧化性的羟基自由基，对有机物进行氧化；二是在紫外线的作用下，流动相所注入的过硫酸钾氧化剂分解产生强氧化性的羟基自由基，实现对有机物的氧化。
所述的有机氮检测系统5为在上海伍丰科学仪器有限公司订制的液相色谱紫外检测器，其性能要求是基线噪音≤1×10-5AU峰－峰值，基线漂移≤2×10-4AU/hour，可同时进行多波长检测，同时对220nm和254nm的紫外吸光度即UVA220和UVA254进行检测，其中UVA220数值用于对NO3 --N浓度进行定量分析，而UVA254数值用于监测有机物组分是否被充分氧化。
如图3所示，所述的有机碳检测系统为薄膜电导法CO2检测系统6，包括CO2选择性透过膜组件601、电导检测器602、纯水系统603；如图4所示，所述的CO2选择性透过膜组件601，是由两块夹片604和一张疏水透气薄膜605组成，所述的两块夹片内侧刻有对称的微流凹槽606，所述的疏水透气薄膜605采用乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE材质薄膜，疏水透气薄膜605将两侧对称的微流凹槽606隔离成对称的微流流路；经过真空紫外氧化的流动相流经疏水透气薄膜A侧的微流流路时，其中溶解的H2CO3/CO2通过疏水透气薄膜605，进入到B侧的纯水流路中，变为HCO3 -和CO3 2-，由电导检测器检测电导率的变化。
如图3所示，所述的薄膜电导法CO2检测系统6中的纯水系统603，旨在为CO2选择性透过膜组件601的B侧提供恒定流速的流动相，旨在提供低电导率背景，并将透过到薄膜B侧的HCO3 -和CO3 2-输送到电导率检测器602进行电导检测；如图3a所示，本实施例中将B侧流路中添加阴离子交换树脂过滤器，对完成电导率检测的流动相中的HCO3 -和CO3 2-进行脱除，从而实现低电导纯水的再生，通过循环水泵、流速调节器和止回阀等实现定向闭路循环。
所述的紫外吸光度检测系统5和CO2薄膜电导检测系统6在流路中的连接顺序，本实施例中采用先紫外吸光度检测系统，然后CO2薄膜电导检测系统。
所述的电子控制系统，主要实现对剂微流注射模块、抽真空系统、无机碳脱除模块、真空紫外氧化模块、紫外吸光度检测系统与CO2薄膜电导检测系统的运行状态监测与控制功能，并实现与上位机和其他设备之间的通讯。
所述的有机氮有机碳串联一体式检测器中有机氮检测系统的校准方法为，采用硝酸钠配制5μg/L、10μg/L、20μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L、500μg/L、1000μg/L浓度的标准溶液，采用恒流泵以1mL/min的流速将NO3 -标准溶液泵入到有机氮有机碳一体式检测器中，根据有机氮检测系统所获得的紫外吸光度信号数值与NO3 -标准溶液浓度进行线性拟合，建立信号响应与NO3 -浓度校准曲线，如图5所示；所述的有机氮有机碳串联一体式检测器中有机碳检测系统的校准方法为采用邻苯二甲酸氢钾试剂配制有机碳浓度分别为5μg/L、10μg/L、50μg/L、250μg/L、500μg/L、1000μg/L浓度的校准溶液，采用恒流泵以1mL/min的流速将有机碳标准溶液泵入到机氮有机碳串联一体式检测器中，根据有机碳检测系统所获得的电导强度信号数值与有机碳标准溶液浓度进行线性拟合，建立信号响应与有机碳浓度校准曲线，如图6所示。
所述的有机氮有机碳串联一体式检测器可以与体积排阻色谱检测器进行联用，在本实施例中，采用安捷伦1290系列液相色谱系统与有机氮有机碳串联一体式检测器联用对长江水样进行分析检测，所用的安捷伦1290系列液相适配系统包括二元泵、进样器、柱温箱、体积排阻色谱柱、二极管阵列紫外检测器(DAD)和荧光检测器(FLD)，荧光检测器的出水口接到本实用新型的有机氮有机碳串联一体式检测器的进水口，流动相为2.5g/L KH2PO4和1.5g/L Na2HPO4·2H2O的磷酸盐缓冲溶液，体积排阻色谱柱为南京同开环保科技有限公司的DOC-PW30S型号体积排阻色谱柱，其特点在于能够将溶解性有机物与硝酸盐进行充分分离，进样量为500μL，所获得结果如图7所示。在有机碳检测器中20min左右出峰的物质为大分子类生物聚体(biopolymer)，其特征在于这类物质分子量大于20kDa，在紫外254nm处吸光度相对较弱，在荧光谱图中只有蛋白类荧光峰(Em 330～360nm)，而无腐殖质类荧光峰(Em 400～500nm)，在有机氮检测器中表现出较高的峰高；在有机碳检测器中30～40min内出峰的物质为腐殖质类物质，其特征在于这类物质分子量在1～10kDa范围内，在254nm处具有较强的紫外吸收，同时表现出蛋白类荧光和腐殖质类荧光，并且有机氮含量较高；在有机碳检测器中40～50min分钟出峰的物质为积木型小分子有机物(building blocks)。
实施例2
本实施例基本与实施例1相同，不同之处在于：
所述的微流试剂注射模块1只包含酸剂微流注射泵102和酸剂贮存盒104以及微流管路，不包含往流动相中注射氧化剂的功能，其氧化功能主要靠紫外射线照射到微流管路403中产生强氧化性的羟基自由基来实现。
所述的无机碳脱除模块3中采用外径1/16英寸内径0.25mm的PTFE材质毛细管，线长10m；
所述的真空紫外氧化模块4中的微流管路403采用微流控石英芯片，其体积为长9.0cm，宽4.5cm，厚2.5mm；微流控石英芯片内的流路凹槽宽度为0.40mm，高度为0.15mm，蛇形排列密布在石英芯片内，流路总长度约为5m；紫外灯悬空置于微流控石英芯片上方，相距2mm。
实施例3
本实施例基本与实施例1相同，不同之处在于：
如图3b所示，所述的纯水系统603，采用利用液相色谱的恒流泵将纯水以1.0mL/min的流速输送至CO2选择性透过膜组件的B侧流路进口处。
所述的紫外吸光度检测系统和CO2薄膜电导检测系统在流路中的连接顺序，采用先CO2薄膜电导检测系统，后紫外吸光度检测系统，对紫外吸光度检测系统进行管路改造以减小对疏水性薄膜的压力，对有机氮检测系统进行管路改造具体为：所述有机氮检测系统包括流入管、流通池和流出管，增大流入管和流出管的管径，使得当流动相在流入管和流出管的压力小于5bar。
在本实施例中，采用岛津Essentia LC-15C系列液相色谱系统与有机氮有机碳串联一体式检测器联用对太湖水样进行分析检测，所用的岛津Essentia LC-15C系列液相适配系统包括送液泵、进样器、柱温箱、紫外可见双波长检测器和荧光检测器，所配置的体积排阻色谱柱为南京同开环保科技有限公司的DOC-PW30S型号，获得结果如图8所示。
Claims (11)
1.一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置，其特征在于，所述检测装置与体积排阻色谱系统联用，所述检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和用于各系统运行状态监测与控制并实现通讯的电子控制系统(7)；
所述脱碳氧化系统、有机氮检测系统和有机碳检测系统之间可拆分连接，所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机氮检测系统和有机碳检测系统。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述脱碳氧化系统包括微流试剂注射模块(1)、抽真空模块(2)、无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)；
其中流动相先后流经无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)，所述抽真空模块(2)用于对无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)抽真空，所述微流试剂注射模块(1)用于对流入无机碳脱除模块(3)的流动相注射试剂。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述微流试剂注射模块(1)包括酸剂微流注射泵(102)、酸剂贮存盒(104)以及微流管路，酸剂微流注射泵(102)从酸剂贮存盒(104)中吸取酸剂注射入流动相中。
4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述抽真空模块(2)包括密封壳体(201)、微型真空泵(202)、调速控制电路(203)、真空传感器(204)、单向阀(205)和在线气体过滤器(206)；
所述无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)设置在密封壳体(201)内，真空紫外氧化模块(4)延伸出的气管连接在线气体过滤器(206)之后与无机碳脱除模块(3)延伸出的气管通过三通合并为一条，合并之后的气管经真空传感器(204)和单向阀(205)后，连接微型真空泵(202)的吸气口，真空传感器(204)将实时压力监测数据传送给电子控制系统(7)，电子控制系统(7)根据实时压力值与设定目标值之间的差值对微型真空泵(202)进行开关控制或者脉冲宽度调制，从而维持密封壳体(201)内部保持相对真空度小于-80kPa。
5.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述无机碳脱除模块(3)包括脱气线圈(301)，脱气线圈(301)为透气不透水的毛细管绕成的螺旋管，流动相流经无机碳脱除模块(3)的脱气线圈(301)时，流动相中所溶解的气体在外侧负压的作用下，扩散到毛细管外的密封壳体(201)中，被微型真空泵(202)抽走。
6.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述真空紫外氧化模块(4)包括紫外灯(401)、紫外灯配套电源(402)和微流管路(403)，所述紫外灯(401)和微流管路(403)位于抽真空模块(2)的密封壳体(201)内。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述微流管路(403)为毛细石英管绕制的螺旋管，所述紫外灯(401)置于毛细石英螺旋管的中心，所述螺旋管的内径为0.5～1.0mm，螺旋管的长度为50～400cm。
8.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述微流管路(403)为微流控石英芯片，所述紫外灯(401)悬空置于微流控石英芯片的上方1-5mm处，采用刻蚀技术在微流控石英芯片上加工蛇型或回字型流路，所述流路宽为0.10～1.0mm，深度为0.05～0.50mm，流路长度为2～10m。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述有机氮检测系统为紫外吸光度检测系统(5)，所述紫外吸光度检测系统(5)包括液相色谱的紫外检测器，实现对220±5nm的紫外吸光度的监测。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述有机碳检测系统为CO2薄膜电导检测系统(6)，所述CO2薄膜电导检测系统(6)包括CO2选择性透过膜组件(601)、电导检测器(602)、纯水系统(603)；
其中所述电导检测器(602)连接电子控制系统(7)，所述纯水系统(603)将透过到薄膜B侧的HCO3 -和CO3 2-输送到电导率检测器(602)进行电导检测。
11.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述纯水系统(603)为利用液相色谱的恒流泵将纯水以设定流速输送至CO2选择性透过膜组件的B侧流路进口处。
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2018
- 2018-12-03 CN CN201822013612.0U patent/CN209387597U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109358128A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-02-19 | 南京大学 | 一种有机氮-有机碳串联式在线检测方法与装置 |
| CN109358128B (zh) * | 2018-12-03 | 2024-04-09 | 南京大学 | 一种有机氮-有机碳串联式在线检测方法与装置 |
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