CN210269601U - 一种基于led光源紫外荧光智能水质监测设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，适用于环境工程水质检测；解决现有在线水质监测装置体积大、能耗髙和结构相对复杂，且不能同时监测蛋白质类物质、腐殖质类物质和微生物等问题。本实用新型包含样品采集部分、紫外荧光检测部分和信号控制部分，紫外荧光检测部分包含深紫外LED灯、紫外探测器、荧光探测器1和荧光探测器2。深紫外LED灯设置于样品采集部分的上方，紫外探测器设置于样品采集部分的下方，它们在一条轴线上。荧光探测器1和荧光探测器2垂直设置于深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器所在轴线的两侧面；信号控制部分分别与荧光探测器1、荧光探测器2和紫外探测器电性相连。
Description
技术领域
一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，适用于环境工程水质检测的技术领域，具体涉及一种基于LED光源结合紫外法和荧光法测定水中微生物和溶解性有机质的智能水质监测设备。
背景技术
水是我们维持生命的最重要元素，水质安全不容忽视。但随着工业化不断发展，水源污染严重，时有突发水质污染的状况，对人们的健康构成重大威胁。随着公众对水质安全日益关注，公用和家用领域水质监测需求不断扩大，亟续开发一种高效灵敏、简便经济的在线实时水质监测装置。
目前市场上以UV254紫外法有机物在线监测设备，往往以氙灯或者汞灯为光源，存在着体积大、能耗髙和结构相对复杂等缺点，单台设备采购价较高，限制了其应用推广。深紫外LED灯和光电二极管的发展推动了紫外光谱仪小型化，深紫外发光二极管具有光谱选择性、体积小、重量轻、功耗低、稳定性好、成本低等优点。同时，据研究表明，280nm与254nm均反映相同的溶解性有机物。采用280nm的深紫外LED具有优势。
目前已有以深紫外LED为光源同时探测紫外和荧光信号的在线水质监测装置，专利“CN201410502662-一种以LED发光二极管为光源的紫外荧光双信号水质监测装置及其应用方法”为实现探测蛋白类和腐殖质类荧光，需要采用两个不同的LED作为光源，光学器件多，光路复杂；专利“CN201510297974-一种紫外法和荧光法相结合的智能水质监测仪及其使用方法”可以使用一个深紫外LED为光源实现蛋白质类物质和腐殖质类物质的探测，却无法检测微生物。专利“CN201811242742-一种基于LED光源的光谱法水质监测模块及其使用方法”基于LED光源通过紫外光激发荧光信号来检测水中，通过蓝光散射光检测水的浊度，然而浊度并不能作为微生物的指标。
发明内容
技术问题：现有在线水质监测装置体积大、能耗髙和结构相对复杂等缺点，且不能同时监测蛋白质类物质、腐殖质类物质和微生物等问题。
技术方案：一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备包含样品采集部分、紫外荧光检测部分和信号控制部分，其中紫外荧光检测部分包含深紫外LED灯、紫外探测器、荧光探测器1和荧光探测器2。深紫外LED灯设置于样品采集部分的上方，紫外探测器设置于样品采集部分的下方，深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器在一条轴线上。荧光探测器1和荧光探测器2垂直设置于深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器所在轴线的两侧面；信号控制部分分别与荧光探测器1、荧光探测器2和紫外探测器电性相连。
进一步的，荧光探测器1和荧光探测器2分别包含荧光滤光片和荧光接收管，荧光接收管和荧光滤光片为一体化封装结构。
优选的，荧光检测器1的荧光滤光片选用波长为350±10nm的荧光滤光片。
优选的，荧光检测器2的荧光滤光片选用波长为450±27.5nm的荧光滤光片。
进一步的，样品采集部分选用石英比色皿。
进一步的，样品采集部分设置虹吸、蠕动泵抽入、监测水体自身流入以及人工注入的样品采集方式。
进一步的，样品采集部分和紫外荧光检测部分设置能形成黑暗环境的封闭保护壳。
进一步的，深紫外LED灯选择为中心波长为280±10nm范围。
进一步的，紫外探测器采用紫外强化响应的光电二极管。
有益效果：深紫外LED灯和光电二极管的发展推动了紫外光谱仪小型化，深紫外发光二极管具有光谱选择性、体积小、重量轻、功耗低、稳定性好、成本低等优点。无化学试剂消耗，快速灵敏，实时监测溶解性有机物含量和微生物污染情况，实现自动化监测，提供水质预警。采用280±5nm的深紫外LED作为单一激发光源，简化光路结构，降低成本，提高工作寿命。通过荧光法，利用280/450nm的荧光在测定腐殖质类物质的同时，测定微生物污染，高效便利，并进一步降低了检测成本。相比于传统实验室培养检测微生物污染的方法，利用荧光法能快速提供原位检测结果，缩短时长。能够根据具体应用进行改造，适用性广：①微型嵌入式水质监测模块面向家庭领域，集成于净水器中，实时监测水质，预警净水器中的微生物污染风险，提供安全水质；②在线探头式水质传感器，自动化监测，远程监控，提供智慧水质监测预警和工艺调控反馈；③便携手持式检测仪，为现场水质判断提供快速灵敏的结果。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图。
图2是本实用新型一种实施例：手持式检测仪的结构框图。
具体实施方式
如图所述：一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备包含样品采集部分、紫外荧光检测部分和信号控制部分，其中紫外荧光检测部分包含深紫外LED灯、紫外探测器、荧光探测器1和荧光探测器2。深紫外LED灯设置于样品采集部分的上方，紫外探测器设置于样品采集部分的下方，深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器在一条轴线上。荧光探测器1和荧光探测器2垂直设置于深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器所在轴线的两侧面；信号控制部分分别与荧光探测器1、荧光探测器2和紫外探测器电性相连。
荧光探测器1和荧光探测器2分别包含荧光滤光片和荧光接收管，荧光接收管和荧光滤光片为一体化封装结构。荧光检测器1的荧光滤光片选用波长为350±10nm的荧光滤光片。荧光检测器2的荧光滤光片选用波长为450±27.5nm的荧光滤光片。
样品采集部分选用石英比色皿。样品采集部分设置虹吸、蠕动泵抽入、监测水体自身流入以及人工注入的样品采集方式。样品采集部分和紫外荧光检测部分设置能形成黑暗环境的封闭保护壳。
深紫外LED灯选择为中心波长为280±10nm范围。紫外探测器采用紫外强化响应的光电二极管。
溶解性有机质（Dissolved organic matter ，DOM）是一类包含了复杂结构及交互作用的溶解性有机混合物，包括腐殖质类、蛋白类等，在水体中滞留时间长，能与多种物质发生耦合效应并产生负面影响，是水处理过程中的重要去除对象。关于溶解性有机物在线监测设备，目前分为基于化学法的高锰酸钾指数法、总有机碳分析仪和以低压汞灯或脉冲氙灯为光源的紫外光谱仪。相对于化学法，光谱法灵敏、快速和简便，无需化学试剂，更适合在线监测。
深紫外LED灯和光电二极管的发展推动了紫外光谱仪小型化，深紫外发光二极管具有光谱选择性、体积小、重量轻、功耗低、稳定性好、成本低等优点。同时，据研究表明，280nm与254nm均反映相同的溶解性有机物。采用280nm的深紫外LED具有优势。
三维荧光光谱是由激发、发射波长及荧光强度三维数据表达的矩阵光谱，近年来广泛应用于直接测定水体中蛋白质、氨基酸、芳香烃、腐殖质等有荧光特征的溶解性有机质。目前使用荧光光谱法主要揭示两种主要的荧光DOM：蛋白质类荧光（Em<380nm）和腐殖质类荧光（Em>380nm）。因此，可利用280nm的深紫外LED，通过不同滤光片实现蛋白质类和腐殖质类物质的监测。
饮用水的肠道病原体对人类健康构成重大威胁，一般通过粪便指示生物（如大肠杆菌）来推断病原体的存在，但其培养时间大于18h，测定时间长。由于微生物污染饮用水的突发性，缺乏可用于指示污染的在线监测方法。目前在突发事件中常用在线浊度仪来预警微生物风险，但浊度不能作为微生物污染的可靠指标。目前研究表明，荧光溶解有机物（DOM）与大肠杆菌、细菌细胞总数具有有很强的相关性，其中采用280/450nm的腐殖质类荧光就可以评估水中微生物污染。
Claims (9)
1.一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：包含样品采集部分、紫外荧光检测部分和信号控制部分，其中紫外荧光检测部分包含深紫外LED灯、紫外探测器、荧光探测器1和荧光探测器2；深紫外LED灯设置于样品采集部分的上方，紫外探测器设置于样品采集部分的下方，深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器在一条轴线上；荧光探测器1和荧光探测器2垂直设置于深紫外LED灯、样品采集部分、紫外探测器所在轴线的两侧面；信号控制部分分别与荧光探测器1、荧光探测器2和紫外探测器电性相连。
2.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：荧光探测器1和荧光探测器2分别包含荧光滤光片和荧光接收管，荧光接收管和荧光滤光片为一体化封装结构。
3.根据权利要求2所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：荧光检测器1的荧光滤光片选用波长为350±10nm的荧光滤光片。
4.根据权利要求2所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：荧光检测器2的荧光滤光片选用波长为450±27.5nm的荧光滤光片。
5.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：样品采集部分选用石英比色皿。
6.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：样品采集部分设置虹吸、蠕动泵抽入、监测水体自身流入以及人工注入的样品采集方式。
7.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：样品采集部分和紫外荧光检测部分设置能形成黑暗环境的封闭保护壳。
8.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：深紫外LED灯选择为中心波长为280±10nm范围。
9.根据权利要求1所述一种基于LED光源紫外荧光智能水质监测设备，其特征在于：紫外探测器采用紫外强化响应的光电二极管。
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2019
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