一种水质重金属在线监测仪器的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种水质重金属在线监测仪器
技术领域
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]
为解决上述问题，本发明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。
[0006]本发明采取的技术方案为:
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。
[0007]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栗、第二微型蠕动栗；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栗;所述第一微型蠕动栗用于接通经物理预处理后的在线水样，所述第二微型蠕动栗连接多联体电磁阀;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。
[0008]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、注射栗，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栗一端，注射栗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。
[0009]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栗，第三微型蠕动栗连接超纯水;所述样品检测室一侧安置有第二超声波发生系统。
[0010]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。
[0011 ]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栗、第二微型蠕动栗;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；所述第二微型蠕动栗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栗一端，直流栗另一端通过硅胶管连接废液池。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]所述第一微型蠕动栗、第二微型蠕动栗均为微型步进电机蠕动栗，所述直流栗为微型直流电机蠕动栗。
[0016]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栗，第三微型蠕动栗连接超纯水;所述样品检测室一侧安置有第二超声波发生系统。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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栗一端、第一微型直流电机蠕动栗另一端连接废液池;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栗，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栗，第二微型直流电机蠕动栗连接至废液池。
[0020]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。
[0021]本发明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金属，加快在线消解反应的进程，提高消解效率，为仪器的准确度提供了技术保证；
2、以微型光谱仪为核心检测器件，在其连续宽光谱范围内，易于展开基于光谱分析的在线水质监测光谱测量信号处理，以动态消除光谱测量信号的系统误差、噪声干扰和背景干扰，提高水质监测的准确度；
3、基于宽光谱连续分析的水质重金属监测仪器能实现对一类重金属污染(汞、铅、镉、铬、砷)的在线监测，能代替多台仪器实现对多项水质重金属参数的在线监测，极大降低了用户的使用成本；
4、仅需改变对应的检测试剂和光谱检测波长，即可检测其余的水质重金属参数，因而该仪器具有很强的功能扩展性和现场应急使用的灵活性，其本质上是一个水质重金属多参数在线监测技术平台，可以满足对水质汞、铅、镉、铬、砷、铜、锰、铁等20种重金属的在线消解与检测；
5、具有自动标定和校正功能，可以应用于地表一类与二类水质污染监测、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多个领域，应用面广，适用性强，因此，该仪器可以作为网络节点应用于现代水质监测物联网，实现对水污染监测的网络化监测与预警。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的总体结构原理图。
[0023]图2是本发明的在线样品消解系统原理图。
[0024]图3是本发明的在线样品检测系统原理图。
[0025]图4是本发明的仪器光谱检测系统原理图。
[0026]图5(a)、图5(b)是本发明的样品反应检测室结构不意图。
[0027]图6是本发明的仪器测量与控制系统原理图。
[0028]图7是本发明的样品消解反应体系温度控制系统图。
[0029]图8是本发明的样品检测反应体系温度控制系统图。
[0030]图9是本发明的仪器工作流程图。
[0031]图10是本发明的水质镉、铅、砷三参数检测流程图。
[0032]图11是本发明的水质铬检测流程图。
[0033]图12是本发明的水质萊检测流程图。
【具体实施方式】
[0034]一种水质重金属在线监测仪器，由在线样品消解系统A、在线样品检测系统B、测量与控制系统C组成，经物理预处理(即粉碎、乳化、过滤)后的在线被测水样在控制系统的作用下先进入在线样品消解系统A，使水样中的汞、铅、镉、铬、砷均被氧化消解为相应的离子态后，再进入在线样品检测系统B通过“显色反应”和“光谱分析”检测被测重金属的含量，仪器集成国家标准检测方法，由于汞、铅、镉、铬和砷各自对应的被测显色物质的特征吸收波长非常接近(汞:485nm、铅:535nm、镉:518nm、铬:540nm、砷:530nm)，因此，为降低光谱信号处理的难度和保证检测的精确度，仪器采用多参数顺序检测的方法。
[0035]在线样品消解系统A参考国家环境保护保护标准(HJ678-2013水质、金属总量的消解)创新结合超声波辅助消解技术而设计，主要由样品消解流路、不锈钢消解反应池、加热恒温装置、超声波发生系统(超声波换能器、超声波发生器)组成。在线水样和消解反应试剂按一定的体积及体积比在控制系统的作用下通过流路系统进入消解反应池，形成消解反应体系，在高温与超声波作用下，加速重金属的氧化消解，待充分反应后，通过流路控制，抽取一定体积的反应溶液进入在线样品检测系统B，通过在线显色反应与光谱分析检测被测重金属的含量。
[0036]在线样品检测系统B基于顺序注射原理与连续光谱分析而设计，主要由样品检测流路、光谱检测系统组成，所述光谱检测系统由准直光源d、样品检测室b和微型光谱仪c组成。在控制系统作用下，检测流路顺序抽取一定体积的消解后水样和被测重金属对应的检测试剂(即显色反应检测试剂)进入样品检测室b，在样品检测室b内完成显色反应，通过光谱分析检测水样中被测重金属的含量。
[0037]所述测量与控制系统C由电源模块、外围控制电路及嵌入式系统组成。优选的，嵌入式系统中主控制器为SAMSUNGS3C6410微处理器，其采用Linux内核技术，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，嵌入式系统通过并口获取在线样品检测系统中光谱仪的输出数据，通过信号分析与处理检测样品中被测重金属的含量。
[0038]图1示出了发明的总体结构，该监测仪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，所述样品消解系统A的功能是把水样中的被测重金属氧化成离子态，所述样品检测系统的功能是用检测试剂(或称“显色试剂”)与重金属离子反应，生成显色物质，并通过该显色物质的特征吸收光谱分析水样中被测重金属的含量，所述测量与控制系统的功能是控制水样的在线消解和检测过程，并通过光谱分析检测水样中被测重金属含量，从而实现全自动在线水质监测。
[0039]图2示出了在线样品消解系统A结构原理，该系统主要包括样品消解流路、不锈钢的消解反应池1、加热恒温装置和第一超声波发生系统9。
[0040]所述消解流路由消解反应池1、第一微型蠕动栗2、第二微型蠕动栗3、多联体电磁阀4:六联体电磁阀、三通换向电磁阀5、直流栗6组成。所述消解反应池I为不锈钢加工而成，是流路系统的核心，通过硅胶管7连接第一微型蠕动栗2和第二微型蠕动栗3，其出液口8通过硅胶管7连接三通换向电磁阀5的公共口 9;所述第一微型蠕动栗2另一端接通经物理预处理后的在线水样。所述第二微型蠕动栗3另一端通过硅胶管连接六联体电磁阀的公共出口1，六联体电磁阀由六个微型电磁阀集成加工而成，可通过电路控制各个电磁阀的开关(通常状态下各个电磁阀是关闭的，通以12V高电平后电磁阀导通)，六联体电磁阀的入口(即各个电磁阀的入口)分别通过硅胶管链接消解试剂、超纯水w和空气;所述三通换向电磁阀的常开口 11通过硅胶管连接直流栗6，直流栗6的另一端通过硅胶管连接废液池6.1，所述三通换向电磁阀的常闭口 12通过硅胶管连接在线样品检测系统，通常状态下所述三通换向电磁阀的常开口 11与公共口9是导通的(但直流栗6不工作，仍然确保消解池的出液口处于对外关闭状态)，当所述三通换向电磁阀通以12V高电平时，则常闭口 12打开与公共口导通，为在线检测系统提供消解处理后水样。综上，所述样品消解流路具有三大功能:水样与试剂的抽取、提供在线消解处理后水样、清洗反应池，详述为:通过蠕动栗精确抽取一定体积的在线水样进入反应池，通过第一微型蠕动栗2与六联体电磁阀的匹配抽取一定体积的试剂进入反应池，水样消解反应完毕后，打开三通换向电磁阀5的常闭口为在线检测系统提供消解后水样，最后使三通换向电磁阀5工作于常态(不通电)，直流栗6工作，排掉反应池内多余废液，并打开六联体电磁阀4的阀5#，与第一微型蠕动栗2协同工作，完成反应池的清洗。
[0041]所述消解反应池I是整个在线消解系统的核心，其上端面开有透气孔13与外界大气导通，其内装配有玻璃封装热敏电阻14以检测反应池内消解反应体系15的温度检测，热敏电阻外接第一数字温度传感器16，温度传感器输出信号送测量与控制系统C。所述不锈钢消解反应池外侧绕加热用第一电热丝17，通过继电器18的导通可以实现对反应池内消解反应体系的加热。所述不锈钢消解反应池外底部通过胶合工艺与第一超声波发生器19耦合，第一超声波发生系统19通过第一超声波换能器发出的超声波20进入消解反应池以加快在线消解反应的进行，通过第二继电器21导通可以实现对反应池内消解反应体系的超声波辅助作用。综上，所述不锈钢消解反应池具有高温加热与超声波辅助消解反应的功能。
[0042]所述在线样品消解系统A的第一微型蠕动栗2、第二微型蠕动栗3、六联体电磁阀、三通换向电磁阀5、直流栗6、第一继电器18和第二继电器21均连接测量与控制系统C，可通过测量与控制系统C控制其工作状态或工作过程。
[0043]图3示出了在线样品检测系统B结构原理，该系统主要包括样品检测流路a和光谱检测系统，所述光谱检测系统包括光源e、样品检测室b和微型光谱仪C。
[0044]所述样品检测流路由24位多位阀al、储液环a2和注射栗a3组成，主要基于顺序注射原理而设计，所述24位多位阀al具有多通道流路切换功能，其阀位13#通过PEEK(聚醚醚酮)管连接在线样品消解系统流路，其公共口通过PEEK管连接储液环，其阀位1#通过PEEK管连接在线光谱检测系统内的样品检测室b。所述储液环a2另一端通过PEEK管连接注射栗a3，注射栗a3的另一端口通过PEEK管接通超纯水W。样品检测流路a具有流路切换、样品与试剂的精确抽取和流路的自动清洗功能，详述为:控制多位阀转子(其内部一个可以转动的管道)可以使公共口与连接标准样品、检测试剂、在线水样、超纯水等阀位的流路导通，从而实现流路切换;检测某一重金属参数时，控制注射栗与多位阀，把一定体积的样品(标准样品或消解后在线水样)与对应的检测试剂依次抽入储液环内，然后多位阀转子转到阀位1#，注射栗a3反推，即可把样品反应体系推入样品检测室b进行在线显色反应与光谱检测，检测完毕后，控制直流栗排空样品检测室b，并控制多位阀与注射栗a3协同工作，完成样品检测室的自动清洗。
[0045]图4示出了光谱检测系统原理，包括光源e、样品检测室b和微型光谱仪C。所述光源e为仪器专用卤钨灯，经准直后形成平行检测光束9.1进入样品检测室b，出射光束经透镜e聚焦进入微型光谱仪c，微型光谱仪c输出数据通过并口送入测量与控制系统C进行处理分析，测量与控制系统C也通过并口对微型光谱仪c供电。所述微型光谱仪c波长范围为:200-1lOOnm,波长分辨率为I nm。
[0046]图5示出了样品检测室b的结构示意图，所述微小型多功能样品检测室在设计原理上不但考虑到水质样品反应体系的光学检测，而且还针对样品在线显色反应对搅拌、恒温和清洗的技术要求，作为系统检测光路与试样流路的交叉，在不影响检测光路的前提下，基于超声技术与水浴恒温原理，设计了一种集光学检测、自动恒温、搅拌与高效清洗等功能于一体的多功能微小型样品检测室。
[0047]如图5(a)和图5(b)所示，所述微小型样品检测室的主体为不锈钢水槽1.1，其内设有流通检测池2.1，所述流通检测池2.1设有接口 3.1、溢流口 4.1;所述不锈钢水槽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，并伸出样品室外壁;所述接口 3.1通过PEEK管连通多位阀阀位1#(即连接检测流路)，所述溢流口 4.1通过管道连接至废液池6.1，所述进水口 5.1通过硅胶管连接第三微型蠕动栗7.1，第三微型蠕动栗7.1通过硅胶管接通超纯水W。所述第三微型蠕动栗7.1为微型步进电机蠕动栗，连接控制系统控制其工作状态与过程。
[0048]所述样品检测室b下部侧壁设有光窗8.1，检测光束9.1通过光窗8.1并透过流通检测池2.1。所述样品检测室b—侧外壁胶合有第二超声波换能器10.1，第二超声波换能器10.1接第二超声波发生器，产生超声波12.1，用于超声波搅拌。所述第二超声波发生系统
11.1连接测量与控制系统C，控制其工作状态与过程。
[0049]所述样品检测室b底部设有水槽排废口13.1、检测池排废口 14.1，所述水槽排废口13.1通过硅胶管连接第一微型直流电机蠕动栗15.1，第一微型直流电机蠕动栗15.1的另一端管道连接废液池6.1，所述检测池排废口 14.1通过硅胶管连接三通换向电磁阀16.1的公共口 17.1，所述三通换向电磁阀16.1的常开口 18.1通过硅胶管连接微型步进电机蠕动栗19.1，所述三通换向电磁阀16.1的常闭口 20.1通过硅胶管连接器第二微型直流电机蠕动栗21.1，第二微型直流电机蠕动栗21.1通过硅胶管连接至废液池6.1。所述检测池排废口 13.1为空气气泡流路进口。所述第一微型直流电机蠕动栗15.1和第二微型直流电机蠕动栗21.1、所述微型步进电机蠕动栗19.1、所述三通换向电磁阀16均连接测量与控制系统C，以控制其工作状态或工作过程。
[0050]所述样品检测室b的侧壁设有热电温控模块22.1，流通池内安装有玻璃封装热敏电阻23.1，热敏电阻23.1通过导线连接数字温度传感器24.1，所述数字温度传感器24.1输出信号送测量与控制系统C，作为反馈信号控制热电温控模块22.1的工作模式，
以通过水浴恒温控制流通检测池2.1内样品反应体系25.1的温度。
[0051]盖板26.1通过机械结构固定，不锈钢水槽1.1通过进水口5.1在主控系统作用下，往水槽1.1内注入一定体积的超纯水W，超纯水w的更换可通过由水槽排废口 13.1和第一微型直流电机蠕动栗15.1将废液排入废液池6.1，溢流口4.1通过密封固定结构伸出样品反应检测室，通过硅胶管与废液池6.1连接，是流路进样故障时的安全保证。接口3.1为检测流路接口，在样品检测室内接流通检测池2.1，在样品室外接检测流路。在控制系统作用下，可以向流通检测池2.1内注入被测样品及检测试剂，形成在线样品化学前处理反应体系25.1。通过控制系统控制微型步进电机蠕动栗19.1可以反向吹气，对反应体系2 5.1形成气泡搅拌27.1，样品检测完毕后，通过控制系统打开三通换向电磁阀16.1的常闭口20.1，控制第二微型直流电机蠕动栗21.1、第二超声波发生系统11.1以及检测流路，四者协同工作，完成样品检测室的排废及清洗。所述流路系统与样品检测室外围流路系统、所述超声发生器、热电温控模块均连接控制系统C，以控制其工作过程。
[0052]图6示出了仪器测量与控制系统的工作原理，所述测量与控制系统C包括电源模块、嵌入式系统和外围控制电路系统，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，嵌入式系统上通过并口连接光谱仪内数据采集模块;嵌入式系统主控制器SAMSUNGS3C6410上有引脚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A和在线样品检测系统B。所述嵌入式系统核心为SAMSUNGS3C6410微处理器，采用Linux内核技术，所述电源模块为嵌入式系统及外围控制电路系统供电，嵌入式系统主控制器SAMSUNG S3C6410向外围控制电路系统发送控制命令，实现在线样品消解系统A与在线样品检测系统B工作过程的控制。所述在线样品消解系统A工作过程的控制，包括消解流路控制和消解温度控制。
[0053]所述消解流路控制为:控制在线水样和消解试剂按一定的体积与体积比例在消解流路系统的作用下进入样品消解反应池1，经过一定时间消解反应完毕后，控制消解流路与检测流路协同工作，使消解后水样进入在线检测系统，此外，消解反应池I的排废与清洗也需控制消解流路得以实现。
[0054]图7示出了所述消解温度流路控制过程与原理，由于电热丝加热和超声波作用都能使反应体系温度上升，促进样品消解反应的进行，因此温度控制同时包括了对电热丝加热控制和超声波作用控制，通过控制继电器I和2的工作状态可以实现，所述超声波消解功率为400W，所述温度控制范围为:95±2°C。
[0055]所述在线样品检测系统B工作过程的控制，包括检测流路控制、样品反应温度控制、反应体系搅拌控制及流路清洗控制，所述流路清洗控制包括对样品检测室的超声清洗控制。被测水样与检测试剂通过24位多位阀al与注射栗a3组成的切换流路按一定的体积比高精度定量进入微小型样品检测室，样品反应体系在恒温控制、搅拌控制的作用下，在样品检测室b内完成样品的在线化学前处理和光谱分析。反应体系温度控制是确保仪器重复性的重要条件，图8示出了所述样品反应体系温度控制原理，即通过热电温控模块(帕尔贴)的工作模式实现温度控制，所述温度控制范围为:30 ±0.1°C。
[0056]在线样品检测系统B的光谱仪输出数据通过并口传输到嵌入式系统，通过数据处理与分析，检测样品中被测重金属含量，并通过GPRS系统把测量结果发送给上位机，嵌入式测控系统控制整个仪器系统运作，并通过无线发送模块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。
[0057]图6示出了本发明的测量工作流程示意图，在工作时，上电后通过上位机监控软件发出指令，控制系统响应，开机系统自检后，系统初始化化后，开始在线检测水样中被测重金属(汞、铅、镉、铬、砷)的含量。由于这五类重金属的国家标准消解原理有所区别(镉、铅、砷这三项重金属水质参数的检测需要高温辅助浓硝酸消解;铬的检测需要高温辅助浓硝酸-浓盐酸消解，并且浓硝酸的浓度与前者不同，汞的检测需要高温辅助高锰酸钾-过硫酸钾消解)，因此仪器采用各个参数顺序消解、顺序检测的在线检测流程与方法。
[0058]图10示出了水质重金属镉、铅、砷的在线顺序检测流程。
[0059]图11示出了水质重金属铬的在线检测流程。
[0060]图12示出了水质重金属汞的在线检测流程。
[0061 ]所述水质重金属(汞、铅、镉、铬、砷)的在线检测实为对被测水样中总重金属(总萊、总铅、总锦、总络和总神)的在线检测。
[0062]本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
【主权项】
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(I)分别连接第一微型蠕动栗(2)、第二微型蠕动栗(3);消解反应池(I)的出液口(8)连接三通换向电磁阀(5)，三通换向电磁阀(5)连接直流栗(6);所述第一微型蠕动栗(2)用于接通经物理预处理后的在线水样，所述第二微型蠕动栗(3)连接多联体电磁阀(4);所述消解反应池(I)连接第一数字温度传感器(16)，消解反应池(I)外绕有第一电热丝(17)，消解反应池(I)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(al)、储液环(a2)、注射栗(a3)，多位阀(al)通过管路连接储液环(a2)—端，储液环(a2)另一端通过管路连接注射栗(a3)—端，注射栗(a3)另一端通过管路连接超纯水(W)，多位阀(al)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(al)，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)连接第三微型蠕动栗(7.1)，第三微型蠕动栗(7.1)连接超纯水(w);所述样品检测室(b)—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(I)为不锈钢材料加工而成，消解反应池(I)通过硅胶管(7)分别连接第一微型蠕动栗(2)、第二微型蠕动栗(3);所述消解反应池(I)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);所述第二微型蠕动栗(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)连接直流栗(6)—端，直流栗(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(aI)，所述溢流口( 4.1)连接废液池(6.1)，所述进水口( 5.1)连接第三微型蠕动栗(7.1)，第三微型蠕动栗(7.1)连接超纯水(w);所述样品检测室(b)—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)。2.根据权利要求1所述一种水质重金属在线监测仪器，其特征在于，所述第一数字温度传感器(16 )包括安装在消解反应池(I)内的、玻璃封装的热敏电阻片(14); 所述多联体电磁阀(4)为六联体电磁阀，六联体电磁阀的入口分别通过硅胶管(7)连接消解试剂、超纯水、空气。3.根据权利要求1所述一种水质重金属在线监测仪器，其特征在于，所述第一电热丝(17)连接第一继电器(18);所述超声波发生器(19)连接第二继电器(21)。4.根据权利要求1所述一种水质重金属在线监测仪器，其特征在于，所述第一微型蠕动栗(2)、第二微型蠕动栗(3)均为微型步进电机蠕动栗，所述直流栗(6)为微型直流电机蠕动栗O5.根据权利要求1所述一种水质重金属在线监测仪器，其特征在于，所述样品检测室(b)下部设有光窗(8)，检测光束(9)穿过光窗(8)、并透过流通检测池(2)。6.根据权利要求1所述一种水质重金属在线监测仪器，其特征在于，所述样品检测室(b)底部设有水槽排废口(13)、检测池排废口(14)，水槽排废口(13)连接第一微型直流电机蠕动栗(15 )—端、第一微型直流电机蠕动栗(15 )另一端连接废液池(6 );所述检测池排废口(14)连接三通换向电磁阀(16)的公共口(17)，所述三通换向电磁阀(16)的常开口(18)连接微型步进电机蠕动栗(19)，所述三通换向电磁阀(16)的常闭口(20)连接第二微型直流电机蠕动栗(21)，第二微型直流电机蠕动栗(21)连接至废液池(6)。
【文档编号】G01N1/44GK105866448SQ201610203316
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年4月8日
【发明人】魏康林
【申请人】三峡大学