CN214011063U - 一种营养盐分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种营养盐分析仪，包括试剂仓、多通道切换阀、蠕动泵、步进电机、控制电路、比色测量装置、光电发射器及光电接收器；多通道切换阀的一入口通过导管抽取待测样品，多通道切换阀的其他入口与试剂仓导通，多通道切换阀的出口通过蠕动泵与比色测量装置的液体仓导通；蠕动泵与步进电机传动连接；步进电机的受控端及多通道切换阀的受控端分别与控制电路的一控制端连接；光电发射器发射的信号光透过液体仓传导至光电接收器。本实用新型使用步进电机及蠕动泵抽取所需试剂或待测样品，可精确加入样品及试剂，保证测量数据的准确度。其通过多通道切换阀切换输入的液体，有效避免了试剂与样品搅拌时产生相互干扰的问题。

Description

一种营养盐分析仪

技术领域

本实用新型涉及水体监测技术领域，特别是涉及一种营养盐分析仪。

背景技术

水中营养盐含量是重要的海洋生态环境监测指标，海水的富营养化以及营养盐浓度的变化容易引起相应的海洋生态污染及环境破坏，监测海水中的营养盐含量，是监控海洋环境的重要手段。

对海水营养盐测量的主要方法有光度法、离子选择电极法和紫外吸收光谱法。分光光度法是在实验室内，人工操作采样、定量、试剂化学反应以及利用分光光度计进行测量，并在仪器上自动换算成相应的营养盐浓度。这类方法不仅适用于淡水，也适用于海水，是目前比较主流的分析测试方法。但是，该方法需要采样并进行相应的人工操作，且所有的实验操作、记录均在实验室完成，不适用于长期现场无人值守监测。且测定过程极易受到外界环境条件的影响，而海水中营养盐含量受到水文动力、海流等因素影响极大，因此采用该方法数据漂移非常厉害，精确度不足。而现有技术中设备的管路也较为复杂，管路上的试剂残留同样导致了测量精度不高的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术中测量不够准确、自动化程度不高的问题，提供一种营养盐分析仪。

一种营养盐分析仪，包括：试剂仓、多通道切换阀、蠕动泵、步进电机、控制电路、比色测量装置、光电发射器及光电接收器；所述多通道切换阀的一入口通过导管抽取待测样品，所述多通道切换阀的其他入口与所述试剂仓导通，所述多通道切换阀的出口通过所述蠕动泵与所述比色测量装置的液体仓导通；所述蠕动泵与所述步进电机传动连接；所述步进电机的受控端及所述多通道切换阀的受控端分别与所述控制电路的一控制端连接；所述光电发射器发射的信号光透过所述液体仓传导至所述光电接收器。

进一步地，所述多通道切换阀为多通道切换阀。

优选地，该营养盐分析仪还包括紫外灯及紫外灯驱动器，与所述多通道切换阀的入口连接的导管由透明材料制成，且该透明材料制成的导管缠绕在所述紫外灯上。

优选地，所述试剂仓内包括多个独立的小试剂腔，每一所述小试剂腔都通过导管与所述多通道切换阀的一入口导通。

优选地，所述比色测量装置的液体仓为柱状结构，所述液体仓的两端分别通过密封的窗口玻璃与光发射器和光电接收器连接。其中，所述液体仓为一石英比色皿。

优选地，该营养盐分析仪还包括检测模块，所述检测模块用于计算分析海水的营养盐含量；所述检测模块的输入端与所述光电接收器的输出端连接，所述检测模块的输出端与通讯接头连接。

优选地，该营养盐分析仪还包括IP68级的防水外桶，所述试剂仓、所述多通道切换阀、所述蠕动泵、所述步进电机、所述控制电路、所述比色测量装置、所述紫外灯、所述光电发射器及所述光电接收器都设置于所述防水外桶内。

优选地，该营养盐分析仪还包括湿度传感器，所述湿度传感器固定于所述防水外桶的腔体内，湿度传感器的输出端与控制电路的一输入端连接。

本实用新型使用步进电机及蠕动泵抽取所需试剂或待测样品，可精确加入样品及试剂，保证测量数据的准确度。通过多通道切换阀切换输入的液体，避免了试剂与样品搅拌时产生相互干扰的问题。光电发射器发射的光波通过比色测量装置中的水样，传到光电接收器，光电接收器将光信号转换成电流值输出，通过此光电电流值反映的海水水样对光波的吸收程度与标准对照相比对，从而分析得出海水水样的营养盐含量，实现了精确、自动化的营养盐检测分析。

附图说明

图1为本实用新型的营养盐分析仪一实施例的原理示意图；

图2为本实用新型的营养盐分析仪一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的营养盐分析仪一实施例的内部结构示意图；

图4为本实用新型的营养盐分析仪一实施例的另一角度内部结构示意图；

图5为本实用新型的营养盐分析仪一实施例的俯视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、试剂仓；2、多通道切换阀；3、蠕动泵；4、比色测量装置；5、步进电机；6、控制电路；7、光电发射器；8、光电接收器；9、检测模块；10、紫外灯；11、紫外灯驱动器；12、防水外桶；13、湿度传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本实用新型的一部分实施例，本实用新型还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型一实施例中，参照图1至图5，本实用新型提出了一种营养盐分析仪，包括试剂仓1、多通道切换阀2、蠕动泵3、步进电机5、控制电路6、比色测量装置4、光电发射器7及光电接收器8；多通道切换阀2的一入口通过导管抽取待测样品，多通道切换阀2的其他入口与试剂仓1导通，多通道切换阀2的出口通过蠕动泵3与比色测量装置4的液体仓导通；蠕动泵3与步进电机5传动连接；步进电机5的受控端及多通道切换阀2的受控端分别与控制电路6的一控制端连接；光电发射器7发射的信号光透过液体仓传导至光电接收器8，光电发射器7及光电接收器8的受控端分别与控制电路6一控制端相连接。

需要说明的是，多通道切换阀2一般应用于煤化工、石油化工、橡胶、造纸、制药等管道中，作介质的分流合流或流向切换装置。本技术方案通过多通道切换阀2来替代多个电磁阀，避免了使用多个电磁阀导致的管路复杂的问题。现有技术使用多个电磁阀连接时，各个试剂入口都在反应管路内部，在试剂搅拌时会产生相互干扰的问题；而多通道切换阀2的使用可大大缩减管路，反应管路变短，清洗也可更加的彻底，避免了不同试剂残留导致的干扰问题，可延长仪器投放时间，提高数据质量。同时，用一个多通道切换阀2来替代多个电磁阀，也可减少电控设备、电源线缆、控制线缆的数量，对于长期放置在野外的海水营养盐检测设备来说，可极大的降低电路、设备的故障几率，减少维护次数。

本实用新型实施例中，蠕动泵3采用小功率蠕动泵，如发现管路堵塞，不会出现管路爆裂问题，只会是蠕动空转打滑，从可以而保护仪器内部电路。同时，采用步进电机来驱动蠕动泵，由于步进电机的工作相比于普通直流电机来说较为精确可控，配合小口径的导管可精确控制吸入试剂量，一方面可提升仪器测量精度，另一方面可以减少试剂的浪费，避免因试剂不足造成的频繁设备维护，节约了人力成本。

可以理解的是，控制电路6可通过一总的MCU芯片及其外围电路来实现对多通道切换阀2、步进电机5、光电发射器7、光电接收器8等的控制；也可通过两个或多个MCU芯片及其外围电路来实现，例如，其中一MCU芯片及其外围电路控制对多通道切换阀2及步进电机5进行控制，另一MCU芯片对光电发射器7、光电接收器8进行控制，并对接收到的光电信号数据进行分析计算。

本实用新型使用步进电机5及蠕动泵3抽取所需试剂或待测样品，可精确加入样品及试剂，保证测量数据的准确度。通过多通道切换阀2代替电磁阀来切换输入的液体，避免了试剂与样品搅拌时产生相互干扰的问题。光电发射器7发射的光波通过比色测量装置4中的水样，传到光电接收器8，光电接收器8将光信号转换成电流值输出，通过此光电电流值反映的海水水样对光波的吸收程度与标准对照相比对，从而分析得出海水水样的营养盐含量，实现了精确、自动化的营养盐检测分析。

具体地，该营养盐分析仪还包括紫外灯10及紫外灯驱动器11，与多通道切换阀2的入口连接的导管由透明材料制成，且该透明材料制成的导管缠绕在紫外灯10上，海水流过透明导管时会被紫外光照射到。

可以理解的是，我们仪器采用紫外还原法将NO3还原成NO2进行测量，不受盐度影响，可用于测量海水。紫外灯10使用寿命较长长，至少1年以上，几乎无需维护，可有效减少维护成本。

具体地，比色测量装置4的液体仓为柱状结构，液体仓的两端分别通过密封的窗口玻璃与光发射器和光电接收器8连接。其中，液体仓为一石英比色皿。现有的仪器测量池采用Z字形有机玻璃设计，经常出现气泡沉积在测量窗口，导致测量值错误。而本技术方案采用石英比色皿作为测量池，可避免气泡干扰问题，如出现小气泡也会上升到测量池上部，不会影响测量结果。

其中，该试剂仓1为内嵌式的试剂仓，通过内嵌式的试剂仓可避免试剂仓被外力碰撞出现损坏，同时使得管路更加简单，不会出现试剂吸入困难问题，也没有试剂凝固问题。投放后还可防止生物附着在试剂仓1上。

本实施例中，试剂仓1内包括多个独立的小试剂腔，每一小试剂腔都通过导管与多通道切换阀2的一入口导通。该营养盐分析仪还包括检测模块9，检测模块9用于计算分析海水营养盐含量；检测模块9的输入端与光电接收器8的输出端连接，检测模块9的输出端与通讯接头连接。本实施例中该小试剂腔通过PVC试剂袋实现。光电接收器8中的数据可通过检测模块9进行营养盐含量的计算分析，检测模块9可通过单独的MCU芯片及其外围电路来实现。

本实用新型实施例中，总共有6个小试剂腔，小试剂腔内的试剂包括：

C1-发色剂，用于分析纯酒石酸钾：a.酒石酸锑钾(Antimony potassiumtartrate)；b.钼酸钠(Sodium molybdate dehydrate)；c.浓硫酸(H2SO4)；

C2-还原剂：d.抗坏血酸(Ascorbic acid)；

C3-SAA：磺胺(Sulphanilamide)；浓硫酸(H2SO4)；

C4-NED：盐酸奈乙二胺(NED)：

C5–DTPA+Tris：DTPA(Diethylene triamine pentaacetic acid)；Tris(Tris-Hydroxymethylaminomethane)；盐酸(HCL)；

C6-OPA：Na2B4O7 x10H2O；Na2SO3；

OPA(邻苯二甲醛)；乙醇。

其中，本实施例中，测试模块包括4个，分别用于检测海水中的亚硝酸盐、硝酸盐、正磷酸盐及氨氮参数。试剂中：C1，C2用于测量PO4；C3，C4测量NO2；C3，C4，C5测量NO3；C6测量NH3。检测某一参数时，通过蠕动泵3将对应小试剂腔内的试剂抽入比色测量装置4中反应，并调取对应的测试模块进行测试。

其中，该营养盐分析仪还包括IP68级的防水外桶12，试剂仓1、多通道切换阀2、蠕动泵3、步进电机5、控制电路6、比色测量装置4、紫外灯10、光电发射器7及光电接收器8都设置于防水外桶12内。本实用新型实施例中，紫外灯10固定于试剂仓1的外表面上；多通道切换阀2、蠕动泵3、步进电机5、控制电路6、比色测量装置4、光电发射器7及光电接收器8都固定于一竖板上，其中，控制电路6通过一弧形板罩住。

此外，该营养盐分析仪还包括湿度传感器13，湿度传感器13固定于防水外桶12的腔体内，湿度传感器13的输出端与控制电路6的一输入端连接。可以理解的是，通过采用湿度传感器13测量仪器内部湿度，只要湿度出现异常升高情况，可在进水初期发现进水，及时处理，可有效的防止仪器损坏。

其中，光电发射器7发射的光为525nm光。与试剂仓1的出口连接的导管为2*1mm的特氟隆管。采用小口径的导管，每次测量样品和试剂消耗极少，仪器投放后使用周期长，可有效减少维护频率。

本仪器采用连续流动注射工作方式，光源则采用LED 525nm灯比色测量装置4的液体仓为柱状结构，两端分别通过密封的窗口玻璃与光发射器和光电接收器8连接。光发射器的LED灯光源的发光由控制电路6和软件控制。比色测量装置4的液体仓通过蠕动泵3流回吸装置抽提海水。蠕动泵3工作时，通过控制开关，控制水样以恒定流速进入比色测量装置4的液体仓；在液体仓达到测量容积后，蠕动控制不再进入海水，并同时控制光电发射器7发出信号光，光波通过液体仓中水样，传到光电接收器8，光电接收器8将光信号转换成电流值输出，通过此光电电流值反映了海水水样对光波的吸收程度与标准对照相比对，从而分析得出海水水样的营养盐含量。本方案采用化学方法，因此不受现场环境的影响，可以得到更稳定和准确的数据。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (8)

1.一种营养盐分析仪，其特征在于，包括：试剂仓、多通道切换阀、蠕动泵、步进电机、控制电路、比色测量装置、光电发射器及光电接收器；所述多通道切换阀的一入口通过导管抽取待测样品，所述多通道切换阀的其他入口与所述试剂仓导通，所述多通道切换阀的出口通过所述蠕动泵与所述比色测量装置的液体仓导通；所述蠕动泵与所述步进电机传动连接；所述步进电机的受控端及所述多通道切换阀的受控端分别与所述控制电路的一控制端连接；所述光电发射器发射的信号光透过所述液体仓传导至所述光电接收器。

2.根据权利要求1所述的营养盐分析仪，其特征在于，还包括紫外灯及紫外灯驱动器，与所述多通道切换阀的入口连接的导管由透明材料制成，且该透明材料制成的导管缠绕在所述紫外灯上。

3.根据权利要求1所述的营养盐分析仪，其特征在于，所述试剂仓内包括多个独立的小试剂腔，每一所述小试剂腔都通过导管与所述多通道切换阀的一入口导通。

4.根据权利要求1所述的营养盐分析仪，其特征在于，所述比色测量装置的液体仓为柱状结构，所述液体仓的两端分别通过密封的窗口玻璃与光发射器和光电接收器连接。

5.根据权利要求4所述的营养盐分析仪，其特征在于，所述液体仓为一石英比色皿。

6.根据权利要求1所述的营养盐分析仪，其特征在于，还包括检测模块，所述检测模块用于计算分析海水的营养盐含量；所述检测模块的输入端与所述光电接收器的输出端连接，所述检测模块的输出端与通讯接头连接。

7.根据权利要求2所述的营养盐分析仪，其特征在于，还包括IP68级的防水外桶，所述试剂仓、所述多通道切换阀、所述蠕动泵、所述步进电机、所述控制电路、所述比色测量装置、所述紫外灯、所述光电发射器及所述光电接收器都设置于所述防水外桶内。

8.根据权利要求7所述的营养盐分析仪，其特征在于，还包括湿度传感器，所述湿度传感器固定于所述防水外桶的腔体内，所述湿度传感器的输出端与所述控制电路的一输入端连接。

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