CN214622297U - 一种泵进式光谱水质在线分析仪及泵进式设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泵进式光谱水质在线分析仪及泵进式设备，该泵进式光谱水质在线分析仪包括动力机构、比色皿、光源和光谱仪，动力机构连接于比色皿的底部，比色皿的顶部连通大气，比色皿的第一光面连接有光源，与第一个光面相对的第二光面连接有光谱仪。该泵进式光谱水质在线分析仪结构简单，成本低，维护周期长，满足全波段检测，该泵进式设备可以同时检测多个参数。

Description

一种泵进式光谱水质在线分析仪及泵进式设备

技术领域

本实用新型属于检测仪器领域，尤其涉及一种泵进式光谱水质在线分析仪及泵进式设备。

背景技术

在近几年，水污染程度的加深以及公众环境保护意识的增强，对水质监测提出了更高的要求，也在一定程度上推进了水质自动分析仪的发展。到目前为止，我国政府已经在各地区的重大水利工程项目、重要湖泊以及主要入海口、入江口、河流干支流等断面位置建设了诸多水质自动监测站、浮船、浮台等，以实现水质的实时连续监测，为水质如何改善向好指出了方向。

广泛应用的水质参数主要有三类：第一类是常规五参数；第二类是直接反映水中的具体成分参数，如金属离子的浓度、总磷、总氮等；第三类是替代参数，如COD等。有不少国内外的科研机构和专业厂商都在研究如何能够在线检测水质替代参数。

传统的在线自动分析仪主要采用化学滴定法、湿化学显色可见分光光度法、电化学测量法等。该类方法的技术原理是先通过添加化学反应试剂与待检测物质发生电化学或湿化学反应，再通过电极电势或显色后的特定波段吸收来实现待检测物质的定量检测。该类方法的缺点是检测时间过长、操作维护复杂，运行成本高，同时还会产生二次污染。

实用新型内容

针对背景中的问题，本实用新型的目的在于提供一种泵进式光谱水质在线分析仪及泵进式设备，该泵进式光谱水质在线分析仪结构简单，成本低，维护周期长，满足全波段检测，该泵进式设备可以同时检测多个参数。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种泵进式光谱水质在线分析仪，包括动力机构、比色皿、光源和光谱仪，所述动力机构连接于所述比色皿的底部，所述比色皿的顶部连通大气，所述比色皿的第一光面连接有所述光源，与所述第一光面相对的第二光面连接有所述光谱仪。

优选的，所述动力机构为双向蠕动泵。

优选的，所述光源为脉冲氙灯，所述光谱仪为紫外-可见光谱分析仪。

优选的，所述泵进式光谱水质在线分析仪还包括光源座，所述光源座为一个箱体，所述光源座设置有光源孔，所述比色皿安装于所述光源座的第一侧面上，所述第一光面与所述光源孔对应设置，所述光源装配于所述光源座内。

优选的，所述泵进式光谱水质在线分析仪还包括比色皿固定机构，所述比色皿固定机构安装于所述光源座的第一侧面，比色皿固定机构设置有比色皿腔，所述比色皿安装于所述比色皿腔内。

优选的，所述比色皿固定机构包括固定座和固定座盖，所述固定座安装于所述光源座的第一侧面，所述固定座盖与所述固定座可拆卸安装。

优选的，所述泵进式光谱水质在线分析仪还包括光纤接头和光纤，所述光纤接头安装于所述固定座上，所述固定座上设置有出光孔，所述出光孔设置于所述第二光面和所述光纤接头之间，所述光纤的第一端安装于所述光纤接头上，所述光纤的第二端安装于所述光谱仪上。

优选的，所述光纤为柔性材料。

优选的，所述泵进式光谱水质在线分析仪还包括第一多通阀，所述第一多通阀的第一阀口与所述动力机构连接。

基于同样的实用新型构思，本实用新型还提供了一种泵进式设备，包括第二多通阀和上述的泵进式光谱水质在线分析仪，所述第二多通阀的第一阀口与所述动力机构连接，所述第二多通阀的第二阀口与所述比色皿连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

1.泵进式设计，无需对光路系统的防水气密性及防附着性进行设计，成本更低；

2.动力机构正转反转实现水样抽取及排空，可以实现在原位模式下进行远程基底校准；

3.所述泵进式设备以所述泵进式光谱水质在线分析仪作为一个检测支路，其余检测支路设置其他的检测组件，可以实现更多水质参数的检测。

附图说明

图1是一种泵进式光谱水质在线分析仪的结构示意图；

图2是一种泵进式光谱水质在线分析仪的光路爆炸图；

图3是一种泵进式设备的结构示意图。

附图中标记：1、动力机构；2、比色皿；3、光源；301、光源孔；4、色谱仪；5、光源座；601、固定座；602、固定座盖；603、出光孔；7、光纤接头；8、光纤；9、多通阀；10、水样瓶；11、纯水瓶。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案更加明白，结合以下实例对本实用新型进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

市面上现有的紫外-可见光谱分析仪多以原位探头式传感器形式为主，主要有以下两种：

其中一种以紫外-可见区单波段LED及光电池构成光路系统，通过设计一体化小型探头机构，实现光源、与水样直接接触的水样槽、检测器为一体的检测模式，这种形式的检测器体积小、成本低、机构的设计较简单，但数据分析处理能力较差，只能检测1～3个波段的吸光值，没有广泛的数据生成数据库并建立模型，因此无法对多变的水质做出准确的监测，还容易将非检测物质的吸光值纳入计算，导致检测偏差。

另一种是以覆盖紫外-可见区的光源及光谱仪构成光路系统，专门设计与水样接触的封闭式凹槽或者外接与水样接触的探头作为传感器，光源通过光纤导光照射水样，透射光线通过光纤接收到光谱仪，形成闭合的光路水路系统，这种仪器的原位多光谱仪检测器体积较大，需要专门的电路控制系统兼容数据存储处理系统，而且封闭式凹槽结构或探头的部分防水设计及光路设计难度较大，成本较高，并且凹槽的窗口部分或探头较难清洗，容易被沉积物或附着的水生生物等造成遮挡或干涉，从而影响检测结果，定期需要进行现场维护。虽然部分仪器在传感器上增设了清洁刷，但在实际应用中发现，清洁效果并不理想，因此经常出现检测异常及电机故障等问题，增加了维护率。

请参考图1，本实施例提供一种泵进式光谱水质在线分析仪，包括动力机构1、比色皿2、光源3、光谱仪4、光源座5、比色皿固定机构、光纤接头7和光纤8。动力机构1的第一接口连接有水样管，第二接口通过管路与比色皿2的底部连接，比色皿2的顶部通过管路连通大气。

在本实施例中，具体的，动力机构1为双向蠕动泵。本实施例所述的水质在线分析仪设置有单片机作为中控输出指令，用于控制动力机构1的转动方向，实现水样的抽取及排空。

首先单片机指令控制动力机构1反转，将比色皿2内部的水样通过水样管排出，将反转时间设置尽量长，保证完全排空水样。然后，指令控制光谱仪4读取排空的比色皿2的光谱信号值，获取空白参比。

接着，将水样管浸入水样的液位以下，指令控制动力机构1正转，通过控制正转时间调整水样的进样量，使比色皿2填充满水样，其次，指令控制读取填充水样的比色皿2的光谱信号值，与空白参比进行运算，并套用存储在水质在线分析仪内部的光谱模型，实现水样监测。

本实施例所述的水质在线分析仪的泵进式设计可以实现在原位(现场布放)模式下进行远程基底校准，这是现有的采用与水样直接接触式的光路设计的水质在线分析仪无法实现的。

在本实施例中，具体的，光源3为脉冲氙灯，光谱仪4为紫外-可见光谱分析仪。

紫外-可见分光光度法是建立在吸收定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法。实验证明，紫外吸光度能反映水中有机污染的程度，特别是对水中的一大类芳香族有机物和带双键有机物尤为灵敏。许多资料亦表明紫外吸光度和一些主要水质替代参数具有一定的相关性，因此，通过分析紫外吸光度来获得水质替代参数具有极为重要的理论与实际意义。

本发明的设计可以集成在含有氙灯光谱仪的设备上。

请参考图2，光源座5为一个箱体，光源座设置有光源孔301，比色皿2的第一光面与光源孔301对应设置，光源3装配在光源座5内，具体的，使用螺丝进行固定。

比色皿固定机构包括固定座601和固定座盖602。固定座601安装在光源座5的第一侧面。固定座盖602可拆卸安装在固定座601上，形成用于安装比色皿2的比色皿腔(未图示)。比色皿固定机构分别设置有用于穿出比色皿2底部和顶部的管路的通道。

固定座盖602与固定座601的安装方式可以是使用螺丝进行固定，也可以是使用卡扣机构进行固定，但需要保证两者相互紧密连接，避免内部的比色皿2产生松动。

在本实施例中，光源3和比色皿2的一体式固定设计，可以保证光路的稳定性，避免因震荡或设计安装问题导致光路出现相对位移，导致检测的不稳定。

光纤接头7安装于固定座601上，固定座601上设置有出光孔603，出光孔603对应设置于第二光面和光纤接头7之间，光纤8的第一端安装于光纤接头7上，光纤8的第二端安装于光谱仪4上，将光路连接起来。

在本实施例中，光纤接头7为标准的SMA105接头，使用螺丝固定在固定座601的孔位上。

光纤8为柔性材料，可以根据设备的设计进行角度调整，参见附图2，光纤8呈90度弯折状态。

本实施例所述的泵进式光谱在线分析仪以紫外区的吸光度检测为主，可见区的吸光度检测为辅，采集水样在紫外-可见区的全波段光谱，通过分析光谱数据的相关性，获得全光谱中的特征光谱，然后利用智能软件的算法分析光谱和各水质参数的关系，建立相关的预测模型，可以满足全波段检测并具有在数据库进行模型分析的能力。

本实施例所述的泵进式光谱在线分析仪采用泵进式设计，在结构上与其他原位设备相比，无需对光路系统的防水气密性及防附着性进行设计，可以较长周期免维护，成本更低。

本实施例所述的泵进式光谱在线分析仪在功能上可以实现更好的检测效果。实验结果表明，该泵进式光谱在线分析仪有检测速度快、跟踪性能好、操作简便、无二次污染、维护便捷、同时检测多个参数等优点，在特定区域的水质监测上具有重要意义及发展前景，在同类产品中具有较大的市场推广优势。

本实施例所述的泵进式光谱在线分析仪可以先将流路结构制造完成，再根据实际情况进行外壳的设计和制造。外壳可以是投放在水下的防水气密性水桶或设置在岸上的机柜式外壳。

本实施例所述的泵进式光谱在线分析仪可以进行单机检测或集成在泵进式设备上作为一个检测支路与其他检测支路同步进行多种参数的检测。

实施例二

请参考图3，本实施例提供一种泵进式设备，包括实施例一所述的泵进式光谱水质在线分析仪和多通阀9，具体为十二通阀。

根据流路设计，在本实施例中，所述的动力机构1作为所述泵进式设备整体的动力机构，对集成的多个检测支路提供动力。

多通阀9的部分阀口作为进样口，第二阀口通过管路连接有装有水样的水样瓶10，第三阀口通过管路连接有装有纯水的纯水瓶11。纯水用于清洗所述泵进式设备的流路结构。第四阀口通过管路连接有废液瓶(未图示)。水样的进样和排出分别通过不同的阀口，不需要如实施例一所述，将水样管从水样的液位以下移出，来排出比色皿2内的水样。

第一阀口通过管路与动力机构1的第一接口连接，第五阀口通过管路与动力机构1的第二接口连接，第六阀口作为一个出样口，通过管路与比色皿2连接。即实施例一所述的比色皿-氙灯光谱仪结构是作为所述泵进式设备的一个检测支路，进行水质替代参数，如COD的检测。

该检测支路进行检测时，首先单片机控制多通阀9切换阀口，动力机构1抽取少量纯水对所述泵进式光谱水质在线分析仪的流路结构，包括管路和比色皿2进行多次清洗，然后切换阀口，将清洗废液排出，接着切换阀口抽取少量水样对该流路结构进行多次润洗(每次润洗后同样切换阀口将润洗废液排出)，其次将比色皿2填充满水样进行检测，最后切换阀口将比色皿2内的水样排空，完成本次检测。

其余的阀口也可以作为出样口，连接其他的检测组件作为检测支路，实现更多水质参数，如氨氮、总氮、总磷等的检测。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，包括动力机构、比色皿、光源和光谱仪，所述动力机构连接于所述比色皿的底部，所述比色皿的顶部连通大气，所述比色皿的第一光面连接有所述光源，与所述第一光面相对的第二光面连接有所述光谱仪。

2.根据权利要求1所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，所述动力机构为双向蠕动泵。

3.根据权利要求1所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，所述光源为脉冲氙灯，所述光谱仪为紫外-可见光谱分析仪。

4.根据权利要求1所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，还包括光源座，所述光源座为一个箱体，所述光源座设置有光源孔，所述比色皿安装于所述光源座的第一侧面上，所述第一光面与所述光源孔对应设置，所述光源装配于所述光源座内。

5.根据权利要求4所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，还包括比色皿固定机构，所述比色皿固定机构安装于所述光源座的第一侧面，比色皿固定机构设置有比色皿腔，所述比色皿安装于所述比色皿腔内。

6.根据权利要求5所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，所述比色皿固定机构包括固定座和固定座盖，所述固定座安装于所述光源座的第一侧面，所述固定座盖与所述固定座可拆卸安装。

7.根据权利要求6所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，还包括光纤接头和光纤，所述光纤接头安装于所述固定座上，所述固定座上设置有出光孔，所述出光孔对应设置于所述第二光面和所述光纤接头之间，所述光纤的第一端安装于所述光纤接头上，所述光纤的第二端安装于所述光谱仪上。

8.根据权利要求7所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，所述光纤为柔性材料。

9.根据权利要求1所述的泵进式光谱水质在线分析仪，其特征在于，还包括第一多通阀，所述第一多通阀的第一阀口与所述动力机构连接。

10.一种泵进式设备，其特征在于，包括第二多通阀和如权利要求1～9任一项所述的泵进式光谱水质在线分析仪，所述第二多通阀的第一阀口与所述动力机构连接，所述第二多通阀的第二阀口与所述比色皿连接。

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