本实用新型专利技术属于水质分析领域，具体涉及一种有机氮‑有机碳串联式在线检测方法与装置。检测装置与体积排阻色谱系统联用，检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和电子控制系统；脱碳氧化系统后侧连接有机氮和有机碳检测系统，各系统之间可拆分连接，有机氮和有机碳检测系统的前后顺序可调，当脱碳氧化系统依次连接有机碳检测系统、有机氮检测系统时，增大有机氮检测系统管路直内径或缩短管路长度，以减小对有机碳检测系统的压力。本实用新型专利技术的检测装置，通过将有机氮和有机碳检测系统串联，使得有机碳和有机氮的检测延迟时间小于8秒，只需要一套氧化系统，无需调整分路之间的管径和长度来调节分流比，提高了长期监测的准确度。
An On-line Detection Device for Organic Nitrogen and Organic Carbon in Series
【技术实现步骤摘要】
一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置
本技术属于水质分析检测
，具体涉及一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置。
技术介绍
溶解性有机物(dissolvedorganicmatter,DOM)是土壤、底泥和水体中一系列结构复杂且高度异质性的可溶性化合物的总称，包括大分子蛋白类生物聚体、中等分子量腐殖酸和富里酸、小分子酸、小分子中性物质等。溶解性有机物参与水体中一系列过程，包括酸碱缓冲，金属离子、纳米材料迁移和毒性变化，疏水有机物的迁移转化以及水处理过程中消毒副产物的生成等。溶解性有机物在全球碳储量中占据了重要的一部分，溶解性有机物通过浮游植物的光合作用或者矿化，与大气中的二氧化碳进行相互转化，在全球碳、氮循环中扮演重要角色，对海洋酸化、全球变暖、水体富营养化等环境问题均有重要影响。液相色谱法是以液体为流动相，利用不同DOM组分与色谱柱填料间的相互作用不同而进行分离并加以在线检测的方法。目前用于DOM表征的液相色谱分离方法主要有两种，一种是以C-18柱为代表的反相色谱柱，根据DOM组分的亲疏水性质进行分离；另一种是体积排阻色谱柱(另一种译法是体积排阻色谱)，根据DOM组分的分子量大小进行分离。体积排阻色谱法是分析溶解性有机物最为重要的方法之一。目前商业化液相色谱联用型检测器有紫外吸收光谱检测器、荧光光谱检测器、示差检测器以及蒸发光散射检测器，由于溶解性有机物具有高度异质性，现有检测器只能进行相对定量，难以真实反映各组分的浓度水平。溶解性有机碳(Dissolvedorganiccarbon,DOC)是以碳的含量表示水体中有机物的含量的综合指标，有机碳检测器(organiccarbondetector,OCD)能通过测得有机流出物的碳含量进行绝对定量，是一种通用型检测器。一般来说，其检测原理分为两步，有机碳的氧化和CO2的测定。有机碳的氧化方式包括紫外氧化法、紫外/过硫酸盐氧化法、硼掺杂金刚石电极氧化法和干式燃烧法等；CO2的分析检测主要分为非色散红外法和薄膜电导法。非色散红外法主要是在酸性条件下利用N2将水中溶解的CO2吹脱，通过非色散红外检测器对N2载气中的CO2浓度进行检测；薄膜电导法则是在酸性条件下流动相中的H2CO3/CO2透过选择性疏水膜，在另一侧流动相中变为CO32-/HCO3-继而引起电导率变化，由于其他离子无法透过疏水膜，因此通过检测电导率变化即可反映被氧化的有机碳浓度。溶解性有机氮(Dissolvedorganicnitrogen,DON)是指以溶解性有机物中所含氮的量。近代以来化肥的大量使用，全球水体富营养化程度不断增加，溶解性有机氮亦成为重要的研究对象。有机氮物质根据其性质差异在健康风险、生物有效性及其生态环境效应具有重要影响。目前的有机氮测定方法主要基于差减法，即根据中华人民共和国国家标准《GB11894-89》，利用溶解性总氮浓度的测定，减去溶解性无机氮(即分别测定的和浓度之和)。这种间接测量，存在多方面测定的累加误差，结果难免不够精确和可靠，特别是在浓度过高时，有机氮容易测定出负值。目前，虽然在线监测有机碳的仪器设备较多，但大多数有机碳分析仪不能够实现快速实时分析，即以秒为单位进行实时测试。全球存在两家公司涉及两款有机碳检测设备具有实时分析的能力，可与体积排阻色谱联用，分别为苏伊士环境集团的M9SEC便携式有机碳分析仪和德国DOC-Labor实验室的LC-OCD-OND系统。M9SEC便携式有机碳分析仪采用薄膜电导检测方法，无法实现对有机氮和无机氮的检测；LC-OCD-OND系统包括恒流泵、进样器、体积排阻色谱柱、紫外检测器、有机氮氧化单元、紫外吸光度法有机氮检测器、旋转紫外氧化单元、非色散红外法CO2检测器；该系统中有机氮和有机碳的测定通过将色谱柱分离后的流动相进行分流后，以并联方式，分别进行氧化和测定有机碳和有机氮；并联通过分压造成固定比例的分流，然而随着使用时间的增加，分流比的变化造成准确性的降低，采用两种不同形式的氧化模块，耗能高且检修麻烦；需要提供氮气进行CO2吹脱，大而笨重。分路设计在一定程度上降低了灵敏度，增加了色谱峰的宽度，不利于定量分析。此外，设备较为笨重，特别是需要氮气作为载气，增加了仪器使用的复杂性。液相色谱在国内实验室已经相当普及，然而目前缺乏相配套的可与之联用的有机氮-有机碳在线同步检测器。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题在于提供一种有机氮-有机碳串联式在线检测方法与装置，可与体积排阻色谱联用，对水体中溶解性的有机氮和有机碳浓度进行实时定量分析。实现本技术目的的技术解决方案为：一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置，所述检测装置与体积排阻色谱系统联用，所述检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和用于各系统运行状态监测与控制并实现通讯的电子控制系统；所述脱碳氧化系统、有机氮检测系统和有机碳检测系统之间可拆分连接，所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机氮检测系统和有机碳检测系统。所述体积排阻色谱系统包括依次串接的恒流泵、进样器和体积排阻色谱柱。所述脱碳氧化系统包括微流试剂注射模块、抽真空模块、无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块；其中流动相先后流经无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块，所述抽真空模块用于对无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块抽真空，所述微流试剂注射模块用于对流入无机碳脱除模块的流动相注射试剂。所述微流试剂注射模块包括酸剂微流注射泵、酸剂贮存盒以及微流管路，酸剂微流注射泵从酸剂贮存盒中吸取酸剂注射入流动相中。所述微流试剂注射模块还包括氧化剂微流注射泵、氧化剂贮存盒，氧化剂微流注射泵从氧化剂贮存盒中吸取氧化剂注入流动相中。氧化剂微流注射泵和酸剂微流注射泵通过精密步进电机驱动螺旋杆推动微量注射器的推杆实现微流注射功能，注射速度为0.1～8μL/min；所述酸剂贮存盒中贮存的酸剂为体积浓度为5～50％的磷酸，所述氧化剂贮存盒贮存的氧化剂为质量浓度为0.1～10％的过硫酸盐。所述抽真空模块包括密封壳体、微型真空泵、调速控制电路、真空传感器、单向阀和在线气体过滤器；所述微型真空泵为可调速微型真空泵。所述无机碳脱除模块和真空紫外氧化模块设置在密封壳体内，真空紫外氧化模块延伸出的气管连接在线气体过滤器之后与无机碳脱除模块延伸出的气管通过三通合并为一条，合并之后的气管经真空传感器和单向阀后，连接微型真空泵的吸气口，真空传感器将实时压力监测数据传送给电子控制系统，电子控制系统根据实时压力值与设定目标值之间的差值对微型真空泵进行开关控制或者脉冲宽度调制，从而维持密封壳体内部保持相对真空度小于-80kPa。所述微型真空泵为隔膜气泵，在线气体过滤器内填充活性炭或金属臭氧催化剂，用于去除密封壳体中产生的臭氧气体。所述无机碳脱除模块包括脱气线圈，透气不透水的毛细管绕成螺旋管状的脱气线圈，流动相流经无机碳脱除模块的脱气线圈时，流动相中所溶解的气体在外侧负压的作用下，扩散到毛细管外的密封壳体中，被微型真空泵抽走。所述透气不透水的毛细管材质为TeflonPTFE、AF2400或ETFE，外径为0.8～1.8mm，内径为0.2～1.00mm，毛细管的总长为1～10m。所述真空紫外氧化模块包括紫外灯、紫外灯配套电源和微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有机氮‑有机碳串联式在线检测装置，其特征在于，所述检测装置与体积排阻色谱系统联用，所述检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和用于各系统运行状态监测与控制并实现通讯的电子控制系统(7)；所述脱碳氧化系统、有机氮检测系统和有机碳检测系统之间可拆分连接，所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机氮检测系统和有机碳检测系统。
【技术特征摘要】
1.一种有机氮-有机碳串联式在线检测装置，其特征在于，所述检测装置与体积排阻色谱系统联用，所述检测装置包括脱碳氧化系统、有机氮检测系统、有机碳检测系统和用于各系统运行状态监测与控制并实现通讯的电子控制系统(7)；所述脱碳氧化系统、有机氮检测系统和有机碳检测系统之间可拆分连接，所述脱碳氧化系统前侧与体积排阻色谱系统连接，后侧依次连接有机氮检测系统和有机碳检测系统。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述脱碳氧化系统包括微流试剂注射模块(1)、抽真空模块(2)、无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)；其中流动相先后流经无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)，所述抽真空模块(2)用于对无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)抽真空，所述微流试剂注射模块(1)用于对流入无机碳脱除模块(3)的流动相注射试剂。3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述微流试剂注射模块(1)包括酸剂微流注射泵(102)、酸剂贮存盒(104)以及微流管路，酸剂微流注射泵(102)从酸剂贮存盒(104)中吸取酸剂注射入流动相中。4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述抽真空模块(2)包括密封壳体(201)、微型真空泵(202)、调速控制电路(203)、真空传感器(204)、单向阀(205)和在线气体过滤器(206)；所述无机碳脱除模块(3)和真空紫外氧化模块(4)设置在密封壳体(201)内，真空紫外氧化模块(4)延伸出的气管连接在线气体过滤器(206)之后与无机碳脱除模块(3)延伸出的气管通过三通合并为一条，合并之后的气管经真空传感器(204)和单向阀(205)后，连接微型真空泵(202)的吸气口，真空传感器(204)将实时压力监测数据传送给电子控制系统(7)，电子控制系统(7)根据实时压力值与设定目标值之间的差值对微型真空泵(202)进行开关控制或者脉冲宽度调制，从而维持密封壳体(201)内部保持相对真空度小于-80kPa。5.根据权利要求2所述的检测装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，蔡珉晖，李爱民，吴亚萍，李燕，季闻翔，吴吉春，姚楠，赵怡雪，程士，左延婷，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32
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