一种水质重金属在线监测仪器制造技术

一种水质重金属在线监测仪器，包括在线样品消解系统、在线样品检测系统、测量与控制系统。本发明专利技术一种水质重金属多参数在线监测仪器，可实现对水质汞、铅、镉、铬、砷等重金属含量的自动在线监测，能广泛应用于地表水质污染监测、海水污染监测和工业废水处理与城市污水处理的达标排放监测等领域。具备功能扩展性强、测量范围宽、成本较低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种水质重金属在线监测仪器，涉及水质监测仪器科技领域。
技术介绍
重金属对环境水体的污染，尤其是汞、铅、镉、铬、砷这五种一类重金属污染，将直接影响水生态环境安全和饮用水源安全，使水生生物死亡，或富集于水生生物体内，最终通过食物链严重危害人体健康，因而重金属是需要严格监控的水质参数，近年来，水质重金属污染事件频发，受到我国政府的高度重视，环保部部长周生贤在接受《中国环境报》采访时曾说到，“十二五”重金属污染防治的目标是建立比较完善的重金属污染防治体系、事故应急体系和环境与健康风险评估体系，而水质重金属污染监测是该体系重要前提和基础，急需先进的水质监测仪器科技支持，为水污染的评估、预警与防治提供重要的科学技术支持。随着科学技术的发展，水质重金属污染的检测方法取得了很大的成就，常用的检测方法有质谱法、原子光谱分析法、分光光度法、电感耦合等离子体法等，此外，一些新兴的检测方法也有所发展，如生物传感器法、酶抑制法、微流控分析法等，但这些方法或操作步骤冗长繁琐，或干扰因素较多、或需要使用比较昂贵的大型分析仪器，而且对操作人员有很高的专业技能要求，因而，大都只能在实验室内完成,不能满足现场、快速在线检测的技术要求。比较而言，比色分析法和电化学分析法，检测快速，操作简单，易于开发水质监测仪器，实现对重金属的现场、快速在线检测。但是，重金属污染很多，如汞、铅、铬、镉、砷、铜、锰、铁等，目前，环保、水利等部门为了全面监测重金属污染和综合评价水质变化，不得不采用多电化学传感器探头集成型仪器、多比色分析模块集成型仪器、甚至多台单参数水质监测仪器的组合这三种技术途径来实现水质重金属的多参数实时监测，然而，以上技术途径难以满足水质监测技术在多参数监测的扩展性和现场紧急使用的灵活性这两个方面重要的用户需求和技术要求，并且使用成本比较高，如多比色分析模块集成型仪器一般最多集成3-4个模块，否则仪器成本过高（一般为多检测一项水质参数，每增加一个比色分析模块仪器价格将增加7-10万元）而使用户难以接受，而且每增加一个比色分析模块仪器体积也会变大。基于阳极溶出伏安法的水质重金属监测仪器虽然能够检测多项重金属参数，但是，由于传感电极与水接触，为保证电极不被污水腐蚀而延长仪器的使用寿命，此类仪器检测上限不高，测量范围不大，一般只能监测地表一类与二类水质污染，而不能用于工业废水处理和城市污水处理的排放监测，也不能用于地表水质的突发性重金属污染监测。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种水质重金属在线监测仪器，可实现对水质汞、铅、镉、铬、砷等重金属含量的自动在线监测，能广泛应用于地表水质污染监测、海水污染监测和工业废水处理与城市污水处理的达标排放监测等领域。具备多功能扩展性强、现场紧急使用灵活、测量范围宽和低成本的优点。本专利技术采取的技术方案为：一种水质重金属在线监测仪器，包括在线样品消解系统、在线样品检测系统、测量与控制系统。所述在线消解系统包括消解反应池，消解反应池分别连接第一微型蠕动泵、第二微型蠕动泵；消解反应池的出液口连接三通换向电磁阀，三通换向电磁阀连接直流泵；所述第一微型蠕动泵用于接通经物理预处理后的在线水样，所述第二微型蠕动泵连接多联体电磁阀；所述消解反应池连接第一数字温度传感器，消解反应池外绕有第一电热丝，消解反应池底部胶合有第一超声波发生系统。在线样品检测系统包括样品检测流路、样品检测室、微型光谱仪，所述样品检测流路包括多位阀、储液环、注射泵，多位阀通过管路连接储液环一端，储液环另一端通过管路连接注射泵一端，注射泵另一端通过管路连接超纯水，多位阀通过管路连接样品检测室；光源发出检测光束进入样品检测室，出射光束经过透镜聚焦后进入微型光谱仪，微型光谱仪连接测量与控制系统。所述样品检测室包括不锈钢水槽，不锈钢水槽内设有流通检测池，流通检测池连通至样品检测室，所述流通检测池通过管路连接多位阀，所述流通检测池连接废液池，所述所述流通检测池连接第三微型蠕动泵，第三微型蠕动泵连接超纯水；所述样品检测室一侧安置有第二超声波发生系统。所述测量与控制系统包括电源模块、嵌入式系统、外围控制电路系统，嵌入式系统上通过串口连接有人机交互系统，人机交互系统包括存储器、触摸屏和GPRS系统，GPRS系统通过无线传输与上位机连接，嵌入式系统上连接微型光谱仪；嵌入式系统与外围控制电路系统连接，外围控制电路系统连接样在线样品消解系统和在线样品检测系统。所述消解反应池为不锈钢材料加工而成，消解反应池通过硅胶管分别连接第一微型蠕动泵、第二微型蠕动泵；所述消解反应池的出液口通过硅胶管连接三通换向电磁阀的公共口；所述第二微型蠕动泵通过硅胶管连接多联体电磁阀的公共出口；所述三通换向电磁阀的常开口通过硅胶管连接直流泵一端，直流泵另一端通过硅胶管连接废液池。所述第一数字温度传感器包括安装在消解反应池内的、玻璃封装的热敏电阻片。所述多联体电磁阀为六联体电磁阀，六联体电磁阀的入口分别通过硅胶管连接消解试剂、超纯水、空气。所述第一电热丝连接第一继电器；所述超声波发生器连接第二继电器。所述第一微型蠕动泵、第二微型蠕动泵均为微型步进电机蠕动泵，所述直流泵为微型直流电机蠕动泵。所述流通检测池设有接口、溢流口，不锈钢水槽设有进水口，所述接口、进水口、溢流口均连通至样品检测室，所述接口通过管路连接多位阀，所述溢流口连接废液池，所述进水口连接第三微型蠕动泵，第三微型蠕动泵连接超纯水；所述样品检测室一侧安置有第二超声波发生系统。所述样品检测室的侧壁设有热电温控模块，流通检测池内安装有热敏电阻，热敏电阻连接数字温度传感器，数字温度传感器输出信号到测量与控制系统，测量与控制系统连接热电温控模块。所述样品检测室下部设有光窗，检测光束穿过光窗、并透过流通检测池。所述样品检测室底部设有水槽排废口、检测池排废口，水槽排废口连接第一微型直流电机蠕动泵一端、第一微型直流电机蠕动泵另一端连接废液池；所述检测池排废口连接三通换向电磁阀的公共口，所述三通换向电磁阀的常开口连接微型步进电机蠕动泵，所述三通换向电磁阀的常闭口连接第二微型直流电机蠕动泵，第二微型直流电机蠕动泵连接至废液池。一种水质重金属多参数在线监测方法，在线水样与消解试剂通过消解流路进入消解反应池，在消解反应池内实现在线高温与超声波辅助消解，使水样中的重金属被氧化成离子态，消解完毕后，一定体积的消解后水样再进入在线样品检测系统，所述在线样品检测系统使消解后水样和被测重金属对应的检测试剂，按一定的体积精确地进入样品检测室，在样品检测室内完成在线显色反应与光谱分析，同时，控制检测流路，实现水质重金属多参数在线顺序检测；所述测量与控制系统的嵌入式系统发出命令，通过外围控制电路系统控制样品的在线消解过程与在线检测过程，嵌入式系统连接微型光谱仪以获取微型光谱仪的输出数据，通过信号分析与处理检测水样中被测重金属的含量，并通过GPRS把测量结果发送给上位机，测量与控制系统控制整个仪器系统运作与数据分析处理，并通过GPRS与上位机进行信号通讯，实现上位机对仪器工作的远程监控。本专利技术一种水质重金属在线监测仪器，技术效果如下：1、 采用超声辅助消解技术，利用较高功率超声波的空化作用，以粉碎、乳化、溶解被测环境水样中绝大部分以微小颗粒形态存在的非离子态重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水质重金属在线监测仪器，包括在线样品消解系统（A）、在线样品检测系统（B）、测量与控制系统（C），其特征在于，所述在线样品消解系统（A）包括消解反应池（1），消解反应池（1）分别连接第一微型蠕动泵（2）、第二微型蠕动泵（3）；消解反应池（1）的出液口（8）连接三通换向电磁阀（5），三通换向电磁阀（5）连接直流泵（6）；所述第一微型蠕动泵（2）用于接通经物理预处理后的在线水样，所述第二微型蠕动泵（3）连接多联体电磁阀（4）；所述消解反应池（1）连接第一数字温度传感器（16），消解反应池（1）外绕有第一电热丝（17），消解反应池（1）底部胶合有第一超声波发生系统（19）；在线样品检测系统包括样品检测流路（a）、样品检测室（b）、微型光谱仪（c），所述样品检测流路（a）包括多位阀（a1）、储液环（a2）、注射泵（a3），多位阀（a1）通过管路连接储液环（a2）一端，储液环（a2）另一端通过管路连接注射泵（a3）一端，注射泵（a3）另一端通过管路连接超纯水（w），多位阀（a1）连接样品检测室（b）；光源（d）发出检测光束（9.1）进入样品检测室（b），出射光束经过透镜（e）聚焦后进入微型光谱仪（c），微型光谱仪（c）连接测量与控制系统（C）；所述样品检测室（b）包括不锈钢水槽（1.1），不锈钢水槽（1.1）内设有流通检测池（2.1），流通检测池（2.1）连通至样品检测室（b），所述流通检测池（2.1）通过管路连接多位阀（a1），所述流通检测池（2.1）连接废液池（6.1），所述流通检测池（2.1）连接第三微型蠕动泵（7.1），第三微型蠕动泵（7.1）连接超纯水（w）；所述样品检测室（b）一侧安置有第二超声波发生系统（11.1）；所述测量与控制系统包括电源模块、嵌入式系统、外围控制电路系统，嵌入式系统上通过串口连接有人机交互系统，人机交互系统包括存储器、触摸屏和GPRS系统，GPRS系统通过无线传输与上位机连接，嵌入式系统上连接微型光谱仪（c）；嵌入式系统与外围控制电路系统连接，外围控制电路系统连接样在线样品消解系统和在线样品检测系统；所述消解反应池（1）为不锈钢材料加工而成，消解反应池（1）通过硅胶管（7）分别连接第一微型蠕动泵（2）、第二微型蠕动泵（3）；所述消解反应池（1）的出液口（8）通过硅胶管（7）连接三通换向电磁阀（5）的公共口（9）；所述第二微型蠕动泵（3）通过硅胶管（7）连接多联体电磁阀（4）的公共出口（10）；所述三通换向电磁阀（5）的常开口（11）通过硅胶管（7）连接直流泵（6）一端，直流泵（6）另一端通过硅胶管（7）连接废液池（6.1）；所述流通检测池（2.1）设有接口（3.1）、溢流口（4.1），不锈钢水槽（1.1）设有进水口（5.1），所述接口（3.1）、进水口（5.1）、溢流口（4.1）均连通至样品检测室（b），所述接口（3.1）通过管路连接多位阀（a1），所述溢流口（4.1）连接废液池（6.1），所述进水口（5.1）连接第三微型蠕动泵（7.1），第三微型蠕动泵（7.1）连接超纯水（w）；所述样品检测室（b）一侧外壁胶合有第二超声波发生系统（11.1）；所述样品检测室（b）的侧壁设有热电温控模块（22），流通检测池（2）内安装有热敏电阻（23），热敏电阻（23）连接数字温度传感器（24），数字温度传感器（24）输出信号到测量与控制系统（f），测量与控制系统（f）连接热电温控模块（22）。...

【技术特征摘要】
1.一种水质重金属在线监测仪器，包括在线样品消解系统（A）、在线样品检测系统（B）、测量与控制系统（C），其特征在于，所述在线样品消解系统（A）包括消解反应池（1），消解反应池（1）分别连接第一微型蠕动泵（2）、第二微型蠕动泵（3）；消解反应池（1）的出液口（8）连接三通换向电磁阀（5），三通换向电磁阀（5）连接直流泵（6）；所述第一微型蠕动泵（2）用于接通经物理预处理后的在线水样，所述第二微型蠕动泵（3）连接多联体电磁阀（4）；所述消解反应池（1）连接第一数字温度传感器（16），消解反应池（1）外绕有第一电热丝（17），消解反应池（1）底部胶合有第一超声波发生系统（19）；在线样品检测系统包括样品检测流路（a）、样品检测室（b）、微型光谱仪（c），所述样品检测流路（a）包括多位阀（a1）、储液环（a2）、注射泵（a3），多位阀（a1）通过管路连接储液环（a2）一端，储液环（a2）另一端通过管路连接注射泵（a3）一端，注射泵（a3）另一端通过管路连接超纯水（w），多位阀（a1）连接样品检测室（b）；光源（d）发出检测光束（9.1）进入样品检测室（b），出射光束经过透镜（e）聚焦后进入微型光谱仪（c），微型光谱仪（c）连接测量与控制系统（C）；所述样品检测室（b）包括不锈钢水槽（1.1），不锈钢水槽（1.1）内设有流通检测池（2.1），流通检测池（2.1）连通至样品检测室（b），所述流通检测池（2.1）通过管路连接多位阀（a1），所述流通检测池（2.1）连接废液池（6.1），所述流通检测池（2.1）连接第三微型蠕动泵（7.1），第三微型蠕动泵（7.1）连接超纯水（w）；所述样品检测室（b）一侧安置有第二超声波发生系统（11.1）；所述测量与控制系统包括电源模块、嵌入式系统、外围控制电路系统，嵌入式系统上通过串口连接有人机交互系统，人机交互系统包括存储器、触摸屏和GPRS系统，GPRS系统通过无线传输与上位机连接，嵌入式系统上连接微型光谱仪（c）；嵌入式系统与外围控制电路系统连接，外围控制电路系统连接样在线样品消解系统和在线样品检测系统；所述消解反应池（1）为不锈钢材料加工而成，消解反应池（1）通过硅胶管（7）分别连接第一微型蠕动泵（2）、第二微型蠕动泵（3）；所述消解反应池（1）的出液口（8）通过硅胶管（7）连接三通换向电磁阀（5）的公共口（9）；所述第二微型蠕动泵（3）通过硅胶管（7）连接多联体电磁阀（4）的公共出口（10...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏康林，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42