一种铝含量在线式检测系统和方法与流程

本发明涉及一种铝含量在线式检测系统和方法，属于水质检测技术领域。

背景技术：

铝一直被认为是无毒元素，但近年的研究却表明铝对人体的健康有重要影响。铝含量是《生活饮用水卫生标准》的常规指标之一，限制是0.2mg/l。医学方面的报告表明人体摄入铝含过多对健康大为不利，因铝可积累于人体脑组织及神经元细胞内，对人体的记忆损害很大，并使人思维迟钝，判断能力衰退，甚至导致神经麻痹。在一些神经性疾病如神经纤维性病变、退化性脑变性症、老年痴呆等病症的患者身上发现他们脑组织内的铝含量要高于正常人。

虽然现行国家标准测定铝含量采用分光光度法，但该方法存在耗时、耗物、操作不便、分析人员劳动强度大等缺点；而且极易引入认为误差，造成测试数据的重现率降低，难以实现在线、远程的分析。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种铝含量在线式检测系统和方法，实现水质的在线、远程监测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铝含量在线式检测系统，包括柱塞泵、多通道排阀，所述多通道排阀具有中心通道和若干个分通道，若干个分通道均与中心通道连通，分通道的管路上各自设置电磁阀；所述柱塞泵与中心通道通过管路连接，所述若干个分通道中有四个分通道分别通过管路连接水样、大气、废液池和液体成分检测装置，一个分通道通过管路连接纯水，纯水与柱塞泵通过管路连接，剩余分通道各自通过管路连接一种检测试剂。

进一步地，所述液体成分检测装置包括反应池、光强检测器、入射光源，反应池与多通道排阀的其中一个分通道连接；所述光强检测器与入射光源位于反应池的两侧，所述反应池为透明反应池，所述反应池、光强检测器及入射光源置于暗箱中。

进一步地，所述检测试剂包括盐酸试剂、抗坏血酸试剂、铬天青s、乙酸-乙酸铵缓冲液。

进一步地，所述柱塞泵与纯水连接的管路上设置第一电磁阀；多通道排阀分通道与水样连接的管路上设置第二电磁阀，与大气连接的管路上设置第十电磁阀，与废液池连接的管路上设置第八电磁阀，与反应池连接的管路上设置第七电磁阀，与纯水连接的管路上设置第九电磁阀，与盐酸试剂连接的管路上设置第三电磁阀，与抗坏血酸试剂连接的管路上设置第四电磁阀，与铬天青s试剂连接的管路上设置第五电磁阀，与乙酸-乙酸铵试剂连接的管路上设置第六电磁阀。

一种铝含量在线式检测方法，所述方法使用上述铝含量在线式检测系统进行操作，包括如下步骤：

对柱塞泵进行置零与排气，使柱塞泵、柱塞泵与连接废液池的分通道之间的管路均充满纯水；

排空反应池：控制相应电磁阀的开关，柱塞泵抽取反应池内的液体，然后排出；重复多次抽取与排出的动作，直至抽取体积大于反应池的体积，保证彻底排空反应池；

各分通道进样作业：s1.柱塞泵进行两次100％抽取水样、100％排液的动作，使柱塞泵与中心通道之间的管路、分通道与水样连接的管路、分通道与废液池连接的管路中均充满水样；然后控制柱塞泵的柱塞进行50％行程的往复运动，抽取柱塞泵50％行程的水样输送到反应池中；通过光强检测器测量此时透过水样的光强度i0，即为入射光的强度，水样中含铝浓度为c1；

s2.重复s1的过程，分别输送盐酸试剂、抗坏血酸试剂、铬天青s、乙酸-乙酸铵缓冲液进入反应池中；

混合液的稀释：s3.步骤s2中的混合液反应15min后，抽取柱塞泵50％行程的混合液并排出至废液池；然后抽取柱塞泵50％行程的纯水输送到反应池，对反应池内的反应液进行稀释；

稀释后的混合液光度值检测：s4.柱塞泵100％行程抽气并输送至反应池进行鼓泡搅拌动作，重复该鼓泡搅拌动作15min后，通过光强检测器立即测量当下透过混合液的光强度i1；

s5.建立液体吸光度与铝含量的线性曲线：混合液吸光度a1＝lg(i0/i1)＝kc1；

更换若干种不同铝含量的水样，重复所述对柱塞泵的置零与排气、排空反应池、以及步骤s1～s5，获得不同铝含量混合液对应的吸光度；根据吸光度a与铝含量c呈线性关系，可绘制液体吸光度与铝含量的线性曲线；

s6.测量未知水样的铝含量：进行所述对柱塞泵的置零与排气、排空反应池、以及步骤s1～s4的操作，根据加试剂前后测得的光强度计算该未知水样混合液的吸光度，对照s5中绘制的吸光度与铝含量的线性曲线即可求出所测混合液中的铝含量；所测混合液为稀释后的溶液，根据稀释比例即可计算得到原始水样的铝含量。

进一步地，柱塞泵置零与排气的过程为：

置零：打开第八电磁阀，柱塞泵的运动柱塞运行到最高位置归零，然后关闭第八电磁阀，完成柱塞泵的置零；

排气：操作一：打开第一电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行100％形成到最低位置，实现一次100％行程抽取纯水的动作，然后关闭第一电磁阀；操作二：在重复上述柱塞泵置零的操作，实现柱塞泵一次100％行程的排液动作将柱塞泵内的空气全部排空；重复多次操作一的动作，使柱塞泵、柱塞泵与连接废液池的分通道之间的管路均充满纯水。

进一步地，排空反应池的过程为：

打开第七电磁阀，柱塞泵向下运行100％行程到最低位置，实现抽取100％行程反应池内物质的操作，然后关闭第七电磁阀；打开第八电磁阀，柱塞泵向上运行100％行程到最高位置归零，关闭第八电磁阀，实现柱塞泵一次100％行程的排液动作；重复多次上述动作，直至抽取体积大于反应池体积，保证彻底排除反应池中的废液，最后第七电磁阀为关闭状态。

进一步地，各分通道进样作业的过程为：

s1.打开第二电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行100％行程到最低位置，实现一次100％行程抽水样动作，然后关闭第二电磁阀；打开第八电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向上运行100％行程到最高位置归零，实现柱塞泵一次100％排液动作，关闭第八电磁阀；重复上述100％行程抽水样及100％行程排液动作，使柱塞泵与中心通道之间的管路、分通道与水样连接的管路、分通道与废液池连接的管路中均充满水样；

打开第七电磁阀和第二电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第二电磁阀，然后柱塞泵的运动柱塞向上运行50％行程，完成将50％行程水样输送到反应池的动作，关闭第七电磁阀，重复多次抽水样的动作；通过光强检测器测量此时透过水样的光度值i0；

s2.重复s1的过程，分别输送盐酸试剂、抗坏血酸试剂、铬天青s、乙酸-乙酸铵缓冲液进入反应池中。

进一步地，混合液的稀释过程为：

步骤s2中混合液反应15min后，打开第七电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第七电磁阀，实现抽取50％行程反应池内物质的操作；打开第八电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向上运行到最高位置归零，关闭第八电磁阀，完成一次柱塞泵50％行程的排液动作；排液动作重复若干次；打开第九电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第九电磁阀，打开第七电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向上运行到最高位置，完成一次抽取50％行程的纯水进入反应池进行高精度稀释的动作，关闭第七电磁阀，抽纯水的动作次数与所述排液动作次数相同。

进一步地，稀释后的混合液光度值检测过程为：

打开第十电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向下运行100％行程到最低位置，关闭第十电磁阀，打开第七电磁阀，柱塞泵的运动柱塞向上运行100％行程到最高位置，关闭第七电磁阀，实现一次100％行程吹空气进入反应池进行鼓泡搅拌的动作，所述鼓泡搅拌的动作连续操作15min后，通过光强检测器立即测量当下透过混合液的光强度i1。

有益效果：本发明提供的一种铝含量在线式检测方法具有快速简便、测量周期短、灵敏度高、精密度好并能够实现在线检测的优点。

附图说明

图1为本发明铝含量在线式检测系统的结构示意图；

图2为水样吸光度值与其中铝含量(浓度值)之间的线性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种铝含量在线式检测系统，包括柱塞泵13、多通道排阀，所述多通道排阀具有中心通道和若干个分通道，若干个分通道均与中心通道连通，分通道的管路上各自设置电磁阀；所述柱塞泵13与中心通道通过管路连接，所述若干个分通道中有四个分通道分别通过管路连接水样、大气、废液池和液体成分检测装置，一个分通道通过管路连接纯水，纯水与柱塞泵通过管路连接，剩余分通道各自通过管路连接一种检测试剂，所述检测试剂包括盐酸试剂、抗坏血酸试剂、铬天青s、乙酸-乙酸铵缓冲液。

所述液体成分检测装置包括反应池17、光强检测器16、入射光源15，反应池17与多通道排阀的其中一个分通道连接；所述光强检测器16与入射光源15位于反应池17的两侧，所述反应池17为透明反应池，所述反应池17、光强检测器16及入射光源15置于暗箱中。

所述柱塞泵13与纯水连接的管路上设置第一电磁阀1；多通道排阀分通道与水样连接的管路上设置第二电磁阀2，与大气连接的管路上设置第十电磁阀10，与废液池连接的管路上设置第八电磁阀8，与反应池连接的管路上设置第七电磁阀7，与纯水连接的管路上设置第九电磁阀9，与盐酸试剂连接的管路上设置第三电磁阀3，与抗坏血酸试剂连接的管路上设置第四电磁阀4，与铬天青s试剂连接的管路上设置第五电磁阀5，与乙酸-乙酸铵试剂连接的管路上设置第六电磁阀6。

一种铝含量在线式检测方法，包括如下步骤：

柱塞泵置零：打开第八电磁阀8，柱塞泵13的运动柱塞运行到最高位置归零，然后关闭第八电磁阀8，完成柱塞泵的置零；

柱塞泵排气：操作一：打开第一电磁阀1，柱塞泵13的运动柱塞向下运行100％形成到最低位置，实现一次100％行程抽取纯水的动作，然后关闭第一电磁阀1；操作二：在重复上述柱塞泵置零的操作，实现柱塞泵一次100％行程的排液动作将柱塞泵13内的空气全部排空；重复多次操作一的动作，使柱塞泵13、柱塞泵13与连接废液池的分通道之间的管路均充满纯水。

排空反应池：打开第七电磁阀7，柱塞泵13向下运行100％行程到最低位置，实现抽取100％行程反应池17内物质的操作，然后关闭第七电磁阀7；打开第八电磁阀8，柱塞泵13向上运行100％行程到最高位置归零，关闭第八电磁阀8，实现柱塞泵13一次100％行程的排液动作；重复多次上述动作，直至抽取体积大于反应池17体积，保证彻底排除反应池中的废液，最后第七电磁阀7为关闭状态。

各分通道进样作业：

s1.打开第二电磁阀2，柱塞泵13的运动柱塞向下运行100％行程到最低位置，实现一次100％行程抽水样动作，然后关闭第二电磁阀2；打开第八电磁阀8，柱塞泵13的运动柱塞向上运行100％行程到最高位置归零，实现柱塞泵一次100％排液动作，关闭第八电磁阀8；重复上述100％行程抽水样及100％行程排液动作，使柱塞泵13与中心通道之间的管路、分通道与水样连接的管路、分通道与废液池连接的管路中均充满水样；

打开第七电磁阀7和第二电磁阀2，柱塞泵13的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第二电磁阀2，然后柱塞泵13的运动柱塞向上运行50％行程，完成将50％行程水样输送到反应池17的动作，关闭第七电磁阀7；重复多次抽水样的动作；通过光强检测器16测量此时透过水样的光度值i0，即为入射光的强度，水样中含铝浓度为c1；

s2.重复s1的过程，分别输送盐酸试剂、抗坏血酸试剂、铬天青s、乙酸-乙酸铵缓冲液进入反应池17中。

混合液的稀释：

s3.步骤s2中混合液反应15min后，打开第七电磁阀7，柱塞泵13的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第七电磁阀7，实现抽取50％行程反应池17内物质的操作；打开第八电磁阀8，柱塞泵13的运动柱塞向上运行到最高位置归零，关闭第八电磁阀8，完成一次柱塞泵50％行程的排液动作；排液动作重复次数为步骤s1中抽水样动作次数的一半；打开第九电磁阀9，柱塞泵13的运动柱塞向下运行50％行程，关闭第九电磁阀9，打开第七电磁阀7，柱塞泵13的运动柱塞向上运行到最高位置，完成一次抽取50％行程的纯水进入反应池17进行高精度稀释的动作，关闭第七电磁阀7，抽纯水的动作次数与所述排液动作次数相同。因此稀释后混合液中铝含量为原始水样的一半。

稀释后的混合液光度值检测：

s4.打开第十电磁阀10，柱塞泵13的运动柱塞向下运行100％行程到最低位置，关闭第十电磁阀10，打开第七电磁阀7，柱塞泵13的运动柱塞向上运行100％行程到最高位置，关闭第七电磁阀7，实现一次100％行程吹空气进入反应池17进行鼓泡搅拌的动作，所述鼓泡搅拌的动作连续操作15min后，通过光强检测器16立即测量当下透过混合液的光强度i1。

s5.建立液体吸光度与铝含量的线性曲线：混合液吸光度a1＝lg(i0/i1)＝kc1；

更换若干种不同铝含量的水样，重复所述对柱塞泵的置零与排气、排空反应池、以及步骤s1～s5，获得不同铝含量混合液对应的吸光度；根据吸光度a与铝含量c呈线性关系，可绘制液体吸光度与铝含量的线性曲线，测量结果如表1所示，表1中i和i0的单位是cd，c的单位是mg/l；吸光度与铝含量的线性曲线如图2所示。对于铝含量未知的水样，利用本发明所述方法测得混合液吸光度，然后根据吸光度与铝含量的线性曲线，即可获知所测混合液中的铝含量；所测混合液为稀释后的溶液，因此原始水样的铝含量为所测混合液铝含量的两倍。

表1不同铝含量混合液对应的吸光度

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。