CN209416909U - 一种总氮测定仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种总氮测定仪，包括光源组件、滤光片组、比色池以及光电处理部，所述光源组件包括光源灯，所述光源灯发射的光线经光源组件处理后得到一束平行光，作为测试分析用的光源；所述滤光片组中包括若干个窄带干涉滤光片，通过使所述滤光片组发生位移以将特定的窄带干涉滤光片对准所述一束平行光，所述一束平行光通过滤光片组中特定的窄带干涉滤光片后，得到特定波长的紫外光。本实用新型的有益效果：光路系统性能稳定，不受使用条件和环境等外因干扰；本实用新型结构设计的特点能保证光学精度性能、提高波长及相关参数稳定性的同时，降低了生产技术难度和成本，适合大规模量产和推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水质测定仪，特别是一种测定水中总氮的专用测定仪。
背景技术
总氮简称为TN，水体中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一。水体中的总氮含量是指水体中各种形态无机和有机氮的总量,包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷等物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。
目前在我国测定总氮指标，所使用的测定方法是碱性过硫酸钾氧化法。在HJ636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》中要求，在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处，分别测定样品吸光度A220和A275，将两个波长下所测得的吸光度值，按照公式计算出校正吸光度，通过标准曲线的绘制换算出总氮的浓度值。此外还有其他手段，比如偶氮比色法、离子色谱法、气相分子吸收法等测定方法亦可得到相同的效果。
出于测定方法的可靠性和便捷性考虑，目前主流测试方法都选用紫外分光光度法进行测定。所以该指标的测定依赖于紫外分光紫外光度计。该方法存在一些问题和不便：①样品测试后不能直接得到总氮结果，需要套入公式进行计算，使得测定过程繁琐；②每次测定前为保证结果的准确度必须用标准溶液进行曲线标定，人工绘制标准曲线；③由于原理限定，每个样品测定时都需要分别在220nm和275nm之间频繁切换波长使操作繁琐；④测定所使用紫外光度计的波长重复、透射比噪声和漂移指标对结果的影响很大；⑤紫外光度计对使用条件和环境要求都比较较高。运输存储中的震动跌碰；使用时环境的温湿度、电磁干扰、震动噪音、腐蚀气体等；这些都会对紫外光度计内部的机械结构、精密定位和光谱元件等造成影响。所以使用不当和使用条件会直接对测定结果产生影响。
实用新型内容
针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种总氮测定仪，以克服目前现有技术存在的上述不足。
为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种总氮测定仪，其特征在于，包括：
光源组件，其发出一束平行光；
滤光片组，其与所述一束平行光垂直，所述滤光片组中包括若干个窄带干涉滤光片，通过使所述滤光片组发生位移将特定的窄带干涉滤光片对准所述一束平行光，所述一束平行光通过滤光片组中特定的窄带干涉滤光片后，得到特定波长的紫外光；
比色池，其置于所述滤光片组后方或置于所述光源组件与所述滤光片组之间；和
光电处理部，其置于滤光片组以及比色池的后方，光电处理部接收经过滤光片组过滤以及比色池吸收获得的特定波长的紫外光并进行处理，然后发送给主控系统。
进一步的，所述比色池后设置有半透半反镜，所述光源组件发出的一束平行光穿过所述比色池后经所述半透半反镜处理，形成两束光，并分别垂直通过两个相互独立的窄带干涉滤光片后被对应的两组光电处理部接收。
进一步的，所述光源组件包括光源灯，光源灯采用含紫外连续光谱的氘灯、氙灯、复合元素灯。
进一步的，所述光源组件还包括双凸透镜，光源灯置于所述双凸透镜焦平面上，以将光源灯发射的光线进行准直，变为平行光。
进一步的，所述光源组件选用对应曲率的双凸透镜，将光源灯聚焦到狭缝上，同时再用相应规格的双凸透镜做为准直镜，狭缝处于准直镜焦平面上，将光源灯发射的光线进行准直，变为平行光。
进一步的，所述光源组件采用将光源灯置于平凹反射镜曲率半径上，通过调节平凹反射镜旋转角度，使光线通过狭缝，狭缝位于平凹反射镜焦点上，同时再用相应规格的双凸透镜做为准直镜，狭缝处于准直镜焦平面上，将光源灯发射的光线进行准直，变为平行光。
进一步的，所述窄带干涉滤光片的中心波长误差小于1nm，光谱半宽小于2nm。
进一步的，所述滤光片组为旋转结构，若干个所述窄带干涉滤光片沿周向分布在所述滤光片组上，所述圆形滤光片组通过旋转实现切换窄带干涉滤光片。
进一步的，所述滤光片组为滑动结构，若干个所述窄带干涉滤光片沿滑动方向分布在所述方形滤光片组上，所述方形滤光片组通过滑动实现切换窄带干涉滤光片。
本实用新型的有益效果：光路系统性能稳定，不受使用条件和环境等外因干扰；本实用新型结构设计的特点能保证光学精度性能、提高波长及相关参数稳定性的同时，降低了生产技术难度和成本，相比紫外紫外光度计，可快速进行多种波长的快速灵活切换，波长重复性好，相较于紫外光度计光能能量弱的缺陷，该装置还具有光能量强且稳定，适合大规模量产和推广的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光路系统实例一；
图2是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光路系统实例二；
图3是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光路系统实例三；
图4是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光源组件实例一；
图5是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光源组件实例二；
图6是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪光源组件实例三；
图7是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪滤光片组实例一；
图8是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪滤光片组实例二；
图9是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪滤光片组实例三；
图10是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪在对不同浓度的系列标准溶液进行测试的结果及相对偏差；
图11是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪在对不同浓度的系列标准溶液进行测试的系列标准溶液的线性方程相关性；
图12是根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪对两个随机浓度样品进行七次重复性测定，结果的标准偏差及相对标准偏差结果；
图中：1、光源组件；2、滤光片组；3、比色池；4、光电处理部；5、光源灯；6、狭缝；7、准直镜；8、平凹反射镜；9、半透半反镜；10、窄带干涉滤光片。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图2所示，根据本实用新型实施例所述的一种总氮测定仪，包括：光源组件1，其发出一束平行光；滤光片组2，其与所述一束平行光垂直，所述滤光片组中包括若干个窄带干涉滤光片10，通过旋转或滑动所述滤光片组2使特定的窄带干涉滤光片10对准所述一束平行光；比色池3，其置于所述滤光片组2后方或置于所述光源组件1与所述滤光片组2之间；和光电处理部4，其置于滤光片组以及比色池的后方，光电处理部4接收经过滤光片组过滤以及比色池吸收后获得的特定波长的紫外光并进行处理，然后发送给主控系统。
如图3所示，本实用新型一种实施例中，所述比色池3后设置有半透半反镜9，所述光源组件1发出的一束平行光穿过所述比色池3后经所述半透半反镜9处理，形成两束光，并分别垂直通过两个相互独立的窄带干涉滤光片10后被对应的两组光电处理部4接收。
本实用新型一种实施例中，窄带干涉滤光片波长误差小于1nm，光谱半宽小于2nm。
本实用新型一种实施例中，光源灯5采用含紫外连续光谱的氘灯、氙灯、复合元素灯。
本实用新型一种实施例中，根据选用光源灯5的光线发射角度，使用相应规格的双凸透镜作为准直镜7，使光源灯5置于双凸透镜焦平面上，将光源灯5发射的光线进行准直，变为平行光，再通过狭缝6和滤光片组2的干涉得到一束平行光，作为测试分析用的光源组件1，如图4所示。
本实用新型一种实施例中，选用对应曲率的双凸透镜，将光源灯5聚焦到狭缝6上，同时再用相应规格的双凸透镜作为准直镜7，狭缝6处于准直镜7焦平面上，将光源灯5发射的光线进行准直，变为平行光，再通过滤光片组2的干涉得到一束平行光，作为测试分析用的光源组件1，如图5所示。
本实用新型一种实施例中，将光源灯5置于平凹反射镜8曲率半径上，通过调节平凹反射镜8旋转角度，使光线通过狭缝6，狭缝6位于平凹反射镜8焦点上，同时再用相应规格的双凸透镜做为准直镜7，狭缝6处于准直镜7焦平面上，将光源灯5发射的光线进行准直，变为平行光，再通过滤光片组2的干涉得到一束平行光，作为测试分析用的光源组件，如图6所示。
本实用新型一种实施例中，所述滤光片组2为旋转结构，其形状为圆形或扇形，若干个所述窄带干涉滤光片10沿周向分布在所述圆形滤光片组2上，所述圆形滤光片组2通过旋转实现切换窄带干涉滤光片10，如图8-图9所示。
本实用新型一种实施例中，所述滤光片组2为滑动结构，其形状为方形，若干个所述窄带干涉滤光片10沿滑动方向分布在所述方形滤光片组2上，所述方形滤光片组2通过滑动实现切换窄带干涉滤光片10，如图7所示。
具体使用本实用新型时，按照以下步骤进行：
①按照国标方法，对待测水样进行相应预处理，将预处理后的样品依次倒入10mm光径的石英比色皿中，即可在仪器上进行比色测定。一个空白样品（基准零浓度样品）和若干个待测样品。
②首先将空白样品置于仪器比色池中，在仪器主控系统触摸键盘上按“置零”键，控制系统将驱动滤光片组切换至220nm下，然后主控系统采集空白溶液在220nm下的吸光度A0220；当采集完成后，控制系统再将驱动滤光片组切换至275nm下，并采集空白溶液在275nm下的吸光度A0275。通过公式（1）计算出空白样品的吸光度A0；同时将计算出的A0值作为当前吸光度值Ai带入公式（3）中，计算并显示出当前总氮值；
A0= A0220 -2A0275 （1）
③然后将待测样品置于仪器比色池中，在仪器主控系统触摸键盘上按“测量”键，控制系统将驱动滤光片组再次切换至220nm下，然后主控系统采集待测样品在220nm下的吸光度Ai220；当采集完成后，控制系统再将驱动滤光片组切换至275nm下，并采集待测样品在275nm下的吸光度Ai275。通过公式（2）计算出该待测样品的吸光度Ai；
Ai= Ai220 -2Ai275 （2）
④同时仪器根据空白样品的吸光度A0和待测样品的吸光度Ai，通过公式（3）计算出该待测样品的总氮浓度值；
NT=K（Ai-A0） （3）
如图10-图12所示，为使用本实用新型测量待测样品的总氮浓度值的相关测试数据。
本实用新型光路系统性能稳定，不受使用条件和环境等外因干扰；本实用新型结构设计的特点能保证光学精度性能、提高波长及相关参数稳定性的同时，降低了生产技术难度和成本，相比紫外紫外光度计，可快速进行多种波长的快速灵活切换，波长重复性好，相较于紫外光度计光能能量弱的缺陷，该装置还具有光能量强且稳定，适合大规模量产和推广的优点。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种总氮测定仪，其特征在于，包括：
光源组件（1），其发出一束平行光；
滤光片组（2），其与所述一束平行光垂直，所述滤光片组（2）中包括若干个窄带干涉滤光片（10），通过使所述滤光片组（2）发生位移将特定的窄带干涉滤光片（10）对准所述一束平行光，所述一束平行光通过滤光片组中特定的窄带干涉滤光片（10）后，得到特定波长的紫外光；
比色池（3），其置于所述滤光片组（2）后方或置于所述光源组件（1）与所述滤光片组（2）之间；和
光电处理部（4），其置于滤光片组（2）以及比色池（3）的后方，光电处理部（4）接收经过滤光片组（2）滤波以及比色池（3）吸收所获得的紫外光并进行处理，然后发送给主控系统。
2.根据权利要求1所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述比色池（3）后设置有半透半反镜（9），所述光源组件（1）发出的一束平行光穿过所述比色池（3）后经所述半透半反镜（9）处理，形成两束光，并分别垂直通过两个相互独立的窄带干涉滤光片（10）后被对应的两组光电处理部（4）接收。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述光源组件（1）包括光源灯（5），光源灯（5）采用含紫外连续光谱的氘灯、氙灯、复合元素灯。
4.根据权利要求3所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述光源组件（1）还包括双凸透镜，光源灯（5）置于所述双凸透镜焦平面上，以将光源灯发射的光线进行准直，变为平行光。
5.根据权利要求3所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述光源组件（1）选用对应曲率的双凸透镜，将光源灯（5）聚焦到狭缝上，同时再用相应规格的双凸透镜做为准直镜（7），狭缝处于准直镜（7）焦平面上，将光源灯（5）发射的光线进行准直，变为平行光。
6.根据权利要求3所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述光源组件（1）采用将光源灯（5）置于平凹反射镜（8）曲率半径上，通过调节平凹反射镜（8）旋转角度，使光线通过狭缝（6），狭缝（6）位于平凹反射镜（8）焦点上，同时再用相应规格的双凸透镜做为准直镜（7），狭缝（6）处于准直镜（7）焦平面上，将光源灯（5）发射的光线进行准直，变为平行光。
7.根据权利要求1所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述窄带干涉滤光片（10）的中心波长误差小于1nm，光谱半宽小于2nm。
8.根据权利要求1所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述滤光片组（2）为旋转结构，若干个所述窄带干涉滤光片（10）沿周向分布在所述滤光片组（2）上，所述滤光片组（2）通过旋转实现切换窄带干涉滤光片（10）。
9.根据权利要求1所述的一种总氮测定仪，其特征在于，所述滤光片组（2）为滑动结构，若干个所述窄带干涉滤光片（10）沿滑动方向分布在所述滤光片组（2）上，所述滤光片组（2）通过滑动实现切换窄带干涉滤光片（10）。
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|---|---|---|---|---|
| CN109342345A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-02-15 | 北京连华永兴科技发展有限公司 | 一种总氮测定仪 |
| CN114152574A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-08 | 天津工业大学 | 用于膜组件完整性检测的便携式水质分析仪及其检测方法 |
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2018
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| CN114152574B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-10-17 | 天津工业大学 | 用于膜组件完整性检测的便携式水质分析仪及其检测方法 |
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