CN211697482U - 紫外分光测油仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种紫外分光测油仪，属于水环境检测技术领域，包括前处理萃取系统和紫外分光测量系统；前处理萃取系统包括蠕动泵、分离管、油水分离膜过膜装置、十通道阀、比色皿、硅酸镁吸附柱和废液桶；蠕动泵、分离管和油水分离膜过膜装置顺次串联，油水分离膜过膜装置的出口与十通道阀的油膜出接口相连，比色皿与十通道阀的比色皿进出接口相连，硅酸镁吸附柱的进液口与十通道阀的硅酸镁进液接口相连，硅酸镁吸附柱的出液口与十通道阀的硅酸镁出液接口相连，分离管和硅酸镁吸附柱均与废液桶相连。本实用新型提供的紫外分光测油仪，能够消除极性物质干扰，避免硅酸镁的重复使用而导致的吸附效果差，提高检测数据的准确性。

Description

紫外分光测油仪

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，更具体地说，是涉及一种紫外分光测油仪。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，水环境的污染日益引起人们的重视。近年来，水中石油类、动植物油类的污染也逐渐引起人们的关注。受到油类污染的水体会在表面形成油膜阻隔了水和空气中氧的交换，同时油类的降解也需要消耗掉水中的氧，从而导致水体出现严重缺氧，水质不断恶化。所以，在环境监测中对水中石油类、动植物油类指标的监测具有重要意义。

实验室测定水中石油类物质含量依据《水质石油类的测定紫外分光光度法》HJ970-2018，采用人工萃取+紫外分光光度计测量的方法，该方法的优点：人工萃取能比较充分的萃取出水中的石油类物质，添加无水硫酸钠能有效的对萃取液进行脱水处理；缺点在于：(1)测量一批水样的耗时时间长，且需要对每一个水样进行重复的前处理过程；(2)萃取剂萃取试剂是一种有微弱的特殊气味的无色挥发性液体，有毒试剂，长时间接触对人体有害；(3)人为读取水样体积并参与结果计算中，实验检测结果存在人为误差；(4)实验结果需要根据测量得到的水样体积和吸光度人为计算得到。

目前，市面上现有的全自动紫外测油仪存在实际水样的测量结果与实验室手工萃取后测量得到的结果匹配不上的问题。主要问题存在于前处理部分：(1)萃取不完全，市面上很多仪器采用鼓气的方法或者旋转搅拌的方法将萃取试剂萃取液与水样混合，以便萃取液将水样中的石油类物质萃取出来，这种方法不能使萃取液与水样充分混合接触，导致萃取不完全，影响检测结果的准确性；(2)现有仪器存在管路不清洗或只清洗部分管路的问题，抽液管将水样从水样杯中转移到分离管后未清洗直接插入下一水样抽取液体，可能会导致水样中石油类物质高低浓度的交叉污染；(3)为了消除极性物质的干扰，采用硅酸镁吸附柱的方法，因多个水样检测重复使用同一硅酸镁吸附柱，可能会导致硅酸镁吸附极性干扰物质的能力变差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种紫外分光测油仪，旨在解决现有技术存在的物质极性干扰造成的吸附效果差、检测结果不准确的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种紫外分光测油仪，包括：前处理萃取系统和紫外分光测量系统；所述前处理萃取系统包括：蠕动泵、分离管、油水分离膜过膜装置、十通道阀、比色皿、硅酸镁吸附柱和废液桶；所述蠕动泵、所述分离管和所述油水分离膜过膜装置顺次串联，所述油水分离膜过膜装置的出口与所述十通道阀的油膜出接口相连，所述比色皿与所述十通道阀的比色皿进出接口相连，所述硅酸镁吸附柱的进液口与所述十通道阀的硅酸镁进液接口相连，所述硅酸镁吸附柱的出液口与所述十通道阀的硅酸镁出液接口相连，所述分离管和所述硅酸镁吸附柱均与所述废液桶相连；所述紫外分光测量系统，用于检测所述比色皿内的萃取液的油类含量。

作为本申请另一实施例，所述前处理萃取系统还包括用于所述比色皿充满液体的缓冲管，所述比色皿通过溢流管与所述缓冲管相连，所述缓冲管的高度高于所述比色皿的高度。

作为本申请另一实施例，所述前处理萃取系统还包括用于盛装萃取试剂的萃取试剂样杯和与所述十通道阀的主管进口连通的注射泵，所述萃取试剂样杯通过清洗管与所述十通道阀的萃取试剂进液接口连通。

作为本申请另一实施例，所述前处理萃取系统还包括用于盛装纯水的纯水杯，所述纯水杯通过进水管与所述注射泵相连；用于盛装萃取试剂和水样的水样杯通过加液管与所述十通道阀的萃取试剂加液接口相连，所述蠕动泵通过抽液管与所述水样杯连通。

作为本申请另一实施例，所述水样杯设有正反旋转的搅拌装置。

作为本申请另一实施例，所述油水分离膜过膜装置与所述十通道阀之间设有用于储存萃取液的储液环。

作为本申请另一实施例，所述分离管与所述废液桶之间的排液管上设有第一阀门，所述硅酸镁吸附柱与所述废液桶之间的排液管上设有第二阀门。

作为本申请另一实施例，所述前处理萃取系统还包括与用于向所述硅酸镁吸附柱供液的硅酸镁存储瓶，所述硅酸镁存储瓶与所述硅酸镁吸附柱之间的管路上设有第三阀门。

作为本申请另一实施例，所述紫外分光测量系统包括：氘灯、单色器、光电接收器和AD转化器；所述氘灯靠近所述比色皿安装，用于向所述比色皿发射紫外光；所述单色器与所述氘灯分设与所述比色皿相对的两侧，用于接收经过所述比色皿的紫外光，实现一定波长的单色分离；所述光电接收器用于接收经所述单色器分离的单色光，实现光电数据转换；所述AD转化器用于接收所述光电接收器的电信号，并将所述电信号转换为数据信号。

作为本申请另一实施例，所述紫外分光测油仪还包括控制模块和上位机；所述控制模块用于向所述蠕动泵、所述注射泵和所述十通道阀发出指令；所述上位机用于接收所述控制模块的信号，并经所述控制模块向述蠕动泵、所述注射泵和所述十通道阀发出指令。

本实用新型提供的紫外分光测油仪的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型紫外分光测油仪，分离管和硅酸镁吸附柱均连接废液桶，在前处理萃取时，抽液管插到水样杯底，启动蠕动泵抽取试样杯内的混合液，通过分离管后排入废液桶内，对分离管预处理，避免水样的污染；然后关闭第一阀门，蠕动泵抽取水样杯内的水样进入分离管，经静置分层后，利用注射泵抽取分离管内的经分离后的萃取液，萃取液经油水分离膜过膜装置进入储液环，打开第一阀门排液；打开第三阀门向硅酸镁吸附柱加入硅酸镁，通过旋转十通道阀，将储液环中的萃取液抽取到硅酸镁吸附柱内，然后打开第二阀门，将硅酸镁吸附柱内的萃取液和硅酸镁的混合物排入废液桶内，消除极性物质干扰，避免硅酸镁的重复使用而导致的吸附效果不佳，提高检测数据的准确性。本实用新型提供的测油仪，每次在硅酸镁吸附柱中添加萃取液，完成后排硅酸镁至废液桶，能够消除极性物质干扰，避免硅酸镁的重复使用而导致的吸附效果不佳，提高检测数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本实用新型实施例提供的前处理萃取系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的紫外分光测量系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电气控制系统的控制原理图。

图中：1、水样杯；2、搅拌叶片；3、搅拌电机；4、加液管；5、萃取试剂样杯；6、清洗管；7、十通道阀；71、萃取试剂进液接口；72、萃取试剂加液接口；73、空气接口；74、油膜出接口；75、比色皿进出接口；76、硅酸镁进液接口；77、硅酸镁出液接口；78、空接口；79、质控样进接口；70、标液进接口；8、注射泵；9、第四阀门；10、纯水杯；11、硅酸镁存储瓶；12、第三阀门；13、硅酸镁吸附柱；14、缓冲管；15、第二阀门；16、溢流管；17、比色皿；18、废液桶；19、油水分离膜过膜装置；20、第一阀门；21、分离管；22、储液环；23、蠕动泵；24、抽液管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1及图2，现对本实用新型提供的紫外分光测油仪进行说明。所述紫外分光测油仪，包括前处理萃取系统和紫外分光测量系统；所述前处理萃取系统包括：蠕动泵23、分离管21、油水分离膜过膜装置19、十通道阀7、比色皿17、硅酸镁吸附柱13和废液桶18；所述蠕动泵23、所述分离管21和所述油水分离膜过膜装置19顺次串联，所述油水分离膜过膜装置19的出口与所述十通道阀7的油膜出接口74相连，所述比色皿17与所述十通道阀7的比色皿进出接口75相连，所述硅酸镁吸附柱13的进液口与所述十通道阀7的硅酸镁进液接口76相连，所述硅酸镁吸附柱13的出液口与所述十通道阀7的硅酸镁出液接口77相连，所述分离管21和所述硅酸镁吸附柱13均与所述废液桶18相连；所述紫外分光测量系统，用于检测所述比色皿17内的萃取液的油类含量。

本实用新型提供的紫外分光测油仪，与现有技术相比，分离管21和硅酸镁吸附柱13均连接废液桶18，在前处理萃取时，抽液管24插到水样杯1底，启动蠕动泵23抽取试样杯内的混合液，通过分离管21后排入废液桶18内，对分离管21预处理，避免水样的污染；然后关闭第一阀门20，蠕动泵23抽取水样杯1内的水样进入分离管21，经静置分层后，利用注射泵8抽取分离管21内的经分离后的萃取液进入油水分离膜过膜装置19，打开第一阀门20排液；打开第三阀门12向硅酸镁吸附柱13加入硅酸镁，通过旋转十通道阀7，将萃取液抽取到硅酸镁吸附柱13内，然后打开第二阀门15，将硅酸镁吸附柱13内的萃取液和硅酸镁的混合物排入废液桶18内，消除极性物质干扰，避免硅酸镁的重复使用而导致吸附效果差的问题，提高检测数据的准确性。

本实施例中，硅酸镁吸附柱13能有效的过滤硅酸镁粉末，硅酸镁吸附柱13独立设置，能够防止萃取液的硅酸镁进入比色皿17，而影响吸光度的测量。其中，硅酸镁吸附柱13内设有G3分子筛。其中，分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。

本实施例中的十通道阀7还包括空气接口73，接通压缩气体，能够反吹油水分离膜，以防油水分离膜过膜装置19堵塞。十通道阀7还包括标液进接口和质控样进接口，用于对测油仪进行校准。

其中，油水分离膜过膜装置，为本领域常用的油水分离装置，在此不再赘述。

本实施例中，十通道阀的对应的功能接口的顺序仅仅是为了说明而定，不构成对本实用新型的限制。

作为本实用新型提供的紫外分光测油仪的一种具体实施方式，请参阅图1，所述前处理萃取系统还包括用于所述比色皿17充满液体的缓冲管14，所述比色皿17通过溢流管16与所述缓冲管14相连，所述缓冲管14的高度高于所述比色皿17的高度。为防止测量吸光度时，比色皿17中存在气泡影响测量精度，在比色皿17连接缓冲管14，使萃取液充满比色皿17，溢出的液体进入缓冲管14。

本实施例中，萃取试剂为正己烷试剂，按一定比例将萃取试剂加入水样杯1中进行混合萃取。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述前处理萃取系统还包括用于盛装萃取试剂的萃取试剂样杯5和与所述十通道阀7的主管进口连通的注射泵8，所述萃取试剂样杯5通过清洗管6与所述十通道阀7的萃取试剂进液接口71连通。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，参阅图1，所述前处理萃取系统还包括用于盛装纯水的纯水杯10，所述纯水杯10通过进水管与所述注射泵8相连；用于盛装萃取试剂和水样的水样杯1通过加液管4与所述十通道阀7的萃取试剂加液接口72相连，所述蠕动泵23通过抽液管24与所述水样杯1连通。其中，进水管上设有第四阀门9，由于在检测时，需要采集多个水样，对每个水样都要进行检测，为防止水样交叉污染的可能，每次完成进样后，启动注射泵8，用清水冲洗搅拌叶片2、抽液管24等管路和部件；当完成一个水样检测后，启动注射泵8，用正己烷试剂自动清洗储液环22、比色皿17和缓冲管14，以提高萃取的效果，提高检测数据的准确性。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述水样杯1设有正反旋转的搅拌装置。为了提高萃取效果，本实施例采用正反旋转搅拌2min的扰动方式，利用萃取溶剂将水体中的油类物质萃取出来,比单向搅拌和鼓气的方法，萃取效果得到了显著提高。本实施例中的搅拌装置包括搅拌电机3和与搅拌电机3驱动相连的搅拌叶片2。其中，搅拌装置还可以是磁力搅拌器。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述油水分离膜过膜装置19与所述十通道阀7之间设有用于储存萃取液的储液环22。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述分离管21与所述废液桶18之间的排液管上设有第一阀门20，所述硅酸镁吸附柱13与所述废液桶18之间的排液管上设有第二阀门15。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述前处理萃取系统还包括与用于向所述硅酸镁吸附柱13供液的硅酸镁存储瓶11，所述硅酸镁存储瓶11与所述硅酸镁吸附柱13之间的管路上设有第三阀门12。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述紫外分光测量系统包括：氘灯、单色器、光电接收器和AD转化器；所述氘灯靠近所述比色皿17安装，用于向所述比色皿17发射紫外光；所述单色器与所述氘灯分设与所述比色皿17相对的两侧，用于接收经过所述比色皿17的紫外光，实现一定波长的单色分离；所述光电接收器用于接收经所述单色器分离的单色光，实现光电数据转换；所述AD转化器用于接收所述光电接收器的电信号，并将所述电信号转换为数据信号。

本实施例采用比色皿17吸收光后再进行分光，能够减少光的折射反射损失，保证光的强度，提高采集数据的准确性。

本实施例中的单色器为C-T单色器，实现得到225nm的紫外光，准确度：±1nm；重复性：±0.5nm；吸光度范围：-0.3～3.0A。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图3，所述紫外分光测油仪还包括控制模块和上位机；所述控制模块用于向所述蠕动泵23、所述注射泵8和所述十通道阀7发出指令；所述上位机用于接收所述控制模块的信号，并经所述控制模块向述蠕动泵23、所述注射泵8和所述十通道阀7发出指令。

本实施例中，通过控制模块实现自动测油，解决了紫外测油过程中接触有毒溶剂的问题，搅拌萃取、分离和测量过程均不需要实验人员接触溶剂，保证了人员的健康安全。

本实用新型提供的紫外分光测油仪的具体实施过程如下：

参见图1，加正己烷试剂到水样杯1，正反转搅拌2min，同时，十通道阀7转至萃取试剂进液接口71，注射泵8抽取10ml正己烷，十通道阀7转至比色皿进出接口75，注射泵8排正己烷入比色皿17，测量吸光度并达到清洗的目的；蠕动泵23通过抽液管24抽取水样杯1中的混合液到自动分离器的分离管21，抽取完成后，清洗喷口、搅拌棒或搅拌叶片2和抽液管24。

打开第一阀门20，使抽液管24插到水样杯1底，控制蠕动泵23抽取95％的正己烷与水样的混合液，排入废液桶18；关闭第一阀门20，蠕动泵23抽取剩余液体至分离管21，静置1min分层，十通道阀7转至萃取试剂进液接口71，注射泵8抽取10ml经过油水分离膜过膜装置19的萃取液至储液环22，打开第一阀门20排废液，打开第三阀门12，自动加入一定量的硅酸镁后，关闭第三阀门12，十通道阀7转至硅酸镁进液接口76，排储液环22中的萃取液到硅酸镁吸附柱13，消除极性物质的干扰；十通道阀7转至硅酸镁出液接口77，注射泵8抽取萃取液至储液环22，十通道阀7转至比色皿进出接口75，注射泵8将萃取液推进容积5ml的比色皿17内，多余液体经比色皿17流入缓冲管14，确保比色皿17中充满液体，无气泡等影响测量结果，通过紫外分光测量系统对比色皿17内的液体进行测量；打开第二阀门15，紫外分光测量完成后，注射泵8抽取萃取液至储液环22，十通道阀7转至硅酸镁出液接口77，排液至废液桶18，完成一次水样的测量，然后进行下一水样的测量。

本实用新型的效果归纳为如下几点：

(1)为了提高萃取效果，采用正反旋转搅拌扰动方式，将水样中的油类物质萃取出来，比单向搅拌和鼓气的方法，萃取效果得到了显著提高。

(2)为防止水样交叉污染的可能，每次进样后，要清水冲洗搅拌棒和抽液管，完成一个水样测量后，用正己烷试剂自动清洗储液环、比色皿和缓冲管。

(3)为消除极性物质干扰，采用每次向硅酸镁吸附萃取液中添加萃取液，完成后，排硅酸镁至废液桶，避免硅酸镁的重复使用而导致的吸附效果不佳。

(4)独立设计的硅酸镁吸附柱，防止萃取液中的硅酸镁进入比色皿，影响吸光度的测量，硅酸镁吸附柱置内含分子筛，能有效的过滤硅酸镁粉末。

(5)为防止测量吸光度时，比色皿中存在气泡影响测量精度，在比色皿的一段连接缓冲管，使萃取液充满比色皿，溢出的液体进入缓冲管。

本实施例中，控制模块采用STM32主板，选用STM32F407芯片，再配以相关的总线驱动、I/O隔离等外围电路，即可组成一套完整的电气控制系统。本方案具有配置灵活、通用性强、体积小、效率高、成本低等优点，处理器的主要性能指标如下：运行主频：168MHz

硬件32位乖、除法功能

FLASH空间：1M字节

RAM空间：196K字节

通用接口：56路通用I/O口

6路RS232串口

3个12位24通道A/D转换器

2个12位24通道D/A转换器

17个定时器，其中，2个32位定时器

2路SPI

2路I2C

2路CAN

1路LAN

2路USB

自带RTC实时时钟

工作电源：3.3V/0.15A

工作温度范围：-40℃～+85℃

主板作为系统的核心处理单元，需要提供各种控制对象的输入、输出接口及数据的运算处理功能。主板同时提供6路标准RS232接口，7+3路继电器输出，2路SPI接口，MOFET功率输出接口、多路A/D输入、多路D/A输出等资源。

本实施例中软件设计方案如下：

软件包括两部分：一是上位机软件，二是单片机软件。

上位机软件主要功能：数据处理、过程控制、校准控制、数据显示存储、数据通信等等，采用VisualStudio软件设计上位机程序，方便设置仪器的参数设计、查档仪器动作状态，保存和查询数据。单片机软件的功能：器件控制，全自动过程控制等。采用Keil进行开发。

上位机软件

(1)数据、当前流程显示功能

(2)水样参数、编号设置功能

(3)系统调试，器件单独测试功能

(4)数据存储、历史数据、运行日志查询功能

(5)仪器运行状态显示功能。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.紫外分光测油仪，其特征在于，包括：前处理萃取系统和紫外分光测量系统；

所述前处理萃取系统包括：蠕动泵、分离管、油水分离膜过膜装置、十通道阀、比色皿、硅酸镁吸附柱和废液桶；所述蠕动泵、所述分离管和所述油水分离膜过膜装置顺次串联，所述油水分离膜过膜装置的出口与所述十通道阀的油膜出接口相连，所述比色皿与所述十通道阀的比色皿进出接口相连，所述硅酸镁吸附柱的进液口与所述十通道阀的硅酸镁进液接口相连，所述硅酸镁吸附柱的出液口与所述十通道阀的硅酸镁出液接口相连，所述分离管和所述硅酸镁吸附柱均与所述废液桶相连；

所述紫外分光测量系统，用于检测所述比色皿内的萃取液的油类含量。

2.如权利要求1所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述前处理萃取系统还包括用于所述比色皿充满液体的缓冲管，所述比色皿通过溢流管与所述缓冲管相连，所述缓冲管的高度高于所述比色皿的高度。

3.如权利要求1所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述前处理萃取系统还包括用于盛装萃取试剂的萃取试剂样杯和与所述十通道阀的主管进口连通的注射泵，所述萃取试剂样杯通过清洗管与所述十通道阀的萃取试剂进液接口连通。

4.如权利要求3所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述前处理萃取系统还包括用于盛装纯水的纯水杯，所述纯水杯通过进水管与所述注射泵相连；用于盛装萃取试剂和水样的水样杯通过加液管与所述十通道阀的萃取试剂加液接口相连，所述蠕动泵通过抽液管与所述水样杯连通。

5.如权利要求4所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述水样杯设有正反旋转的搅拌装置。

6.如权利要求1所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述油水分离膜过膜装置与所述十通道阀之间设有用于储存萃取液的储液环。

7.如权利要求1所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述分离管与所述废液桶之间的排液管上设有第一阀门，所述硅酸镁吸附柱与所述废液桶之间的排液管上设有第二阀门。

8.如权利要求1所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述前处理萃取系统还包括与用于向所述硅酸镁吸附柱供液的硅酸镁存储瓶，所述硅酸镁存储瓶与所述硅酸镁吸附柱之间的管路上设有第三阀门。

9.如权利要求1-8任一项所述的紫外分光测油仪，其特征在于，所述紫外分光测量系统包括：氘灯、单色器、光电接收器和AD转化器；

所述氘灯靠近所述比色皿安装，用于向所述比色皿发射紫外光；

所述单色器与所述氘灯分设与所述比色皿相对的两侧，用于接收经过所述比色皿的紫外光，实现一定波长的单色分离；

所述光电接收器用于接收经所述单色器分离的单色光，实现光电数据转换；

所述AD转化器用于接收所述光电接收器的电信号，并将所述电信号转换为数据信号。

10.如权利要求3所述的紫外分光测油仪，其特征在于，还包括控制模块和上位机；

所述控制模块用于向所述蠕动泵、所述注射泵和所述十通道阀发出指令；

所述上位机用于接收所述控制模块的信号，并经所述控制模块向述蠕动泵、所述注射泵和所述十通道阀发出指令。

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