測量水體化學需氧量的快速光分析儀的製作方法

2023-04-29 19:41:06

專利名稱：測量水體化學需氧量的快速光分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速檢測水體化學需氧量的自動分析裝置。進一步涉及一種採用納米二氧化鈦光催化降解氧化後快速獲得水體化學需氧量的檢測裝置，屬於分析化學和計算機技術領域。
背景技術：
目前，測定水體化學需氧量(也就是COD)都是採用重鉻酸鉀滴定法和庫侖法，因此所用的裝置都是常規的滴定分析和電化學分析所用的儀器。採用上述儀器檢測COD除了分析檢測過程要消耗大量的濃硫酸和價格昂貴的硫酸銀，以及為了消除氯離子的幹擾，需要加入毒性極大的硫酸汞加以掩蔽外，還需要高溫消解等，因此回流時間長，操作過程煩瑣，測定時間長達2-4小時，測定結果準確性差，汙染環境，更主要的是上述的測定是無法直接獲得COD值的，必須經過人工代入設定的公式進行一系列計算才能得到COD值。

發明內容
本發明的目的是推出一種能直接獲得COD值的檢測水體化學需氧量的裝置，具體是指能直接檢測、計算、保存、顯示、列印COD檢測結果的裝置，用這種裝置測量COD的突出優點是快速、精確。
為了實現上述目的，本發明是這樣進行的該裝置由下列三個部分組成光催化反應器、分析檢測裝置和數據處理系統。其中光催化反應器為一獨立裝置，包括浸沒式反應容器，該反應容器的壁為夾套式的恆溫水浴，反應容器的頂部設有蓋子，蓋子上開有取樣口和加樣口，反應容器內設有溫度計和紫外燈以及攪拌子，反應容器置於磁力攪拌器上，通過磁力攪拌器上的操作按鈕對待測水樣進行光催化降解。然後取出降解好的水樣放入由分析檢測裝置和數據處理系統兩大部分合二為一組成的分析儀中進行檢測，以便直接從分析儀上獲得COD值。具體結構如下分析儀由殼體及殼體表面設有的操作面板、光度計蓋和蓋下的光度計、印表機，及殼體內部的相應電路組成。操作面板8上設有液晶顯示器、鍵盤、斷電保護和日期時鐘；光度計蓋的下面設有的光度計依次由與殼體固接的置於樣品比色池一側的光源和置於另一側的濾光片、光電池組成，樣品比色池頂部呈漏鬥狀。殼體內部電路是由穩壓電源、傳感器、前置放大器、放大器、模數轉換器組成，並依次連接。通過電路系統可將光度計測得的光信號轉換成電信號、並經過放大、轉換成數位訊號提交給數據處理系統。數據處理系統包括單片機及其在單片機內預先設定的計算COD值模塊、時鐘模塊、斷電保護模塊、顯示模塊和列印模塊，並由單片機綜合管理這些模塊，由一次性軟體編程控制整個操作流程，對所測得的數據進行計算、保存、顯示等，如此可以將經過光催化反應處理好的水樣放入樣品比色池，通過光度計獲得一定強度的波長的光信號，並通過光電池進行光電轉換，獲得微電流信號送入單片機，由數據處理系統直接獲得水體化學需氧量COD值。
本發明的優點如下1.由於本發明的分析儀集分析檢測和數據處理為一體，因此能快速、精確檢測水體化學需氧量COD。檢測速度可提高3倍以上。
2.由於本發明的分析儀的數據處理系統的單片機為綜合管理模塊，採用了一次性軟體編程，控制整個操作流程，對所測得的數據進行計算、保存等各項處理，且具有防幹擾數字濾波功能，因此用本發明的分析儀獲得的COD值準確可靠。
3.由於本發明的分析儀設有斷電保護模塊，所以能保證存放在機內的測量數據及標準曲線在掉電的情況下數據不丟失。
4.本發明結構緊湊、設計合理、製作方便。


圖1為本發明的分析檢測裝置和數據處理系統的外觀示意圖；
圖2為本發明的光催化反應器的結構示意圖；圖3為本發明的光度計的結構示意圖；圖4為本發明的快速光分析儀的電路5為使用本發明進行COD檢測的工作流程圖；附圖中的標號說明1-印表機2-光度計蓋3-殼體 4-操作顯示面板4a-時鐘4b-斷電保護4c-鍵盤 4d-顯示器5-溫度計6-紫外燈7-蓋子8-夾套 9-浸沒式反應容器10-攪拌子11-磁力攪拌器 11a-電源開關 11b-紫外燈開關 11c-攪拌開關11d-加熱開關 12-光源 13-彈簧片14-螺釘 15-底板 16-樣品比色池 17-定位圈18-濾光片 19-光電池 20-緊固釘 21-連接螺釘22-聯板23-樣品池架 24-光源固定架 25-光源固定釘26-光源定位螺栓 27-穩壓電源 28-傳感器 29-前置信號放大器30-信號放大器31-模數轉換器32-單片機具體實施方式
首先請參閱圖1、2，本發明提供的分析儀由三部分組成，光催化反應器、分析檢測裝置和數據處理系統。其中光催化反應器為一獨立裝置，它包括浸沒式反應容器9和磁力攪拌器11，該浸沒式反應容器9的壁設有夾套，以便成為恆溫水浴。反應容器9的頂部設有蓋子7，蓋子7上開有取樣口和加樣口，反應容器9內設有溫度計5和紫外燈6，紫外燈6為按工藝要求設定波長的微型紫外燈，反應容器9內放入攪拌子10，反應容器9置於磁力攪拌器11上，通過磁力攪拌器11上設有的操作按鈕—電源開關11a、紫外燈開關11b、攪拌開關11c、加熱開關11d對待測水樣進行恆溫加熱、催化消化等光催化降解。然後取出降解好的水樣放入由分析檢測裝置和數據處理系統兩大部分合二為一組成的分析儀中進行檢測，以便直接從分析儀上獲得COD值。合二為一的分析儀的具體結構如下分析儀由殼體3及殼體3表面設有的印表機1、光度計蓋2、操作顯示面板4以及殼體3內部電路組成。操作顯示面板4上設有時鐘4a、斷電保護4b、鍵盤4c、顯示器4d，顯示器4d為液晶顯示器。
請參閱圖3，光度計蓋2下面安裝的光度計由光源12、樣品比色池16、濾光片18和光電池19等組成，根據Cr3+的特定吸光值610nm，採用發射特定波長的發光二極體作光源12安裝在樣品比色池16的一側，並用光源固定釘25和光源定位螺栓26固定在光源固定架24上，光源固定架24通過彈簧片和墊圈13與樣品池架23固定連接。樣品比色池16呈漏鬥狀，通過定位圈17擱在底板15上，底板15通過螺釘14與樣品池架23固定連接。樣品比色池16的頂部裝有特殊鍍層的610nm濾光片18和光電池19，並通過緊固釘20與樣品池架23固定連接。樣品池架23還用連接螺釘21和聯板22與殼體3固定連接。當樣品比色池16內裝有已被降解的水樣時，光源12穿過比色池16後在其另外一側形成一特定強度和波長的光信號，在濾光片18和光電池19作用下，能將經比色池16透射過來的光源信號轉換為一定量的微電流信號。
請參閱圖4，殼體3內部電路是由穩壓電源27、傳感器28、前置放大器29、信號放大器30、模數轉換器31和單片機32組成並依次連接。從圖3的光度計的610nm濾光片18和光電池19作用獲得的微電流信號，通過傳感器28傳給前置放大器29和信號放大器30將電信號放大。前置放大器29的輸入端通過電阻2R1與傳感器28的負極連接並接地，它的輸出端分兩路，一路通過電阻2R4直接與信號放大器30輸入端連接，另一路通過由電阻網絡2R2和2C1連接，並反饋到前置放大器29的輸入端，並通過2R1接地。信號放大器30輸出端分兩路，一路直接與模數轉換器31輸入端連接，另一路通過由電阻網絡2R3、2R6和2RP1連接，並接地，將電信號轉換為數位訊號(即吸光度值A)。模數轉換器31的輸出端分兩路，一路與MCS-51單片機32連接，將數位訊號傳給了單片機32。另一路也與單片機32連接，根據Cr3+的吸光度大小自動調節模數轉換比例，通過控制模擬開關使轉換結果有最高的數據採集分辯率。上述電路在單片機32CPU控制下，按照預先設有的程序進行如下工作通過時鐘4a、斷電保護4b、顯示器4d和列印1、鍵盤4c模塊，對所測得的數據進行計算、保存、顯示、記錄日期等各項常規處理，測得的COD值，以及測定的時間等直接通過殼體3上的微型印表機1列印出來，本發明的自動分析儀具有防幹擾數字濾波功能和斷電保護模塊，能保證存放在單片機內的測量數據及標準曲線在掉電的情況下數據不丟失。
工作流程請參閱圖5，使用本發明的快速光分析儀進行COD檢測時，分兩步進行。首先將待測水體樣品和二氧化鈦粉體納米材料加入催化反應器內，然後開啟磁力攪拌器11上的電源開關11a、紫外燈開關11b、攪拌開關11c、和加熱開關11d，將上述水樣攪拌、加熱到80℃、恆溫，調節pH值到0.5，紫外光照5-15分鐘，完成光催化降解。最後將上述經過光催化降解好的樣品高速離心、分離兩次，獲取離心後的上層清液結束第一步。第二步是將上層清液加入到樣品比色池16中，通過光度計一側的光源12和另一側的濾光片18和光電池19獲得光信號並轉換為微電流信號，然後通過由傳感器28、前置放大器29、放大器30和模數轉換器31組成的數據處理電路獲得數位訊號，即吸光度值A。本發明在CPU控制下能根據Cr3+的吸光度大小自動調節轉換比例，控制模數轉換，使轉換結果有最高的數據採集分辯率。然後進行數據處理按照預先在單片機32內設有的程序進行如下工作通過時鐘4a、斷電保護4b、顯示器4d和列印1、鍵盤4c模塊，對所測得的數據進行計算、保存、顯示、記錄日期等各項常規處理，直接測得了COD值，並且將測定的COD值與時間等直接通過殼體3上的微型印表機1列印出來，或保存下來。
權利要求
1.測量水體化學需氧量的快速光分析儀，其特徵在於由光催化反應器、分析檢測裝置和數據處理系統三部分構成，其中光催化反應器為一獨立裝置，它包括置於磁力攪拌器(11)上的浸沒式反應容器(9)，浸沒式反應容器9的壁設有夾套(8)，頂部設有蓋子(7)，蓋子(7)上開有取樣口和加樣口，反應容器(9)內設有溫度計(5)、紫外燈(6)和攪拌子(10)，磁力攪拌器(11)上設有電源開關(11a)、紫外燈開關(11b)、攪拌開關(11c)、加熱開關(11d)；分析檢測裝置和數據處理系統合二為一，由殼體(3)及殼體(3)表面設有的印表機(1)、光度計蓋(2)、操作顯示面板(4)以及殼體(3)內部電路組成，操作顯示面板(4)上設有時鐘(4a)、斷電保護(4b)、鍵盤(4c)、顯示器(4d)，光度計蓋(2)下面安裝的光度計依次由與殼體(3)固接的置於樣品比色池(16)一側的光源(12)和置於另一側的濾光片(18)、光電池(19)組成；光源(12)用光源固定釘(25)和光源定位螺栓(26)固定在光源固定架(24)上，光源固定架(24)通過彈簧片和墊圈(13)與樣品池架(23)固定連接；樣品比色池(16)通過與之固接的定位圈(17)擱在底板(15)上，底板(15)通過螺釘(14)與樣品池架(23)固定連接；樣品比色池(16)的另一側設有濾光片(18)和光電池(19)，並通過緊固釘(20)與樣品池架(23)固定連接；樣品池架(23)還用連接螺釘(21)和聯板(22)與殼體(3)固定連接；殼體(3)內部電路是由穩壓電源(27)、傳感器(28)、前置放大器(29)、信號放大器(30)、模數轉換器(31)組成並依次連接；數據處理系統是單片機(32)和預先在單片機(32)內設有的計算COD值模塊、時鐘模塊、斷電保護模塊、顯示模塊和列印模塊，並由單片機綜合管理這些模塊，由一次性軟體編程控制整個操作流程，對所測得的數據進行計算、保存、顯示等，達到快速獲得水體化學需氧量COD值的目的。
全文摘要
測量水體化學需氧量的快速光分析儀，屬於分析化學和計算機技術領域。由光催化反應器、分析檢測裝置和數據處理系統三部分構成，光催化反應器是置於磁力攪拌器(11)上的內設溫度計(5)、紫外燈(6)和攪拌子(10)的浸沒式反應容器(9)。分析檢測裝置和數據處理系統合二為一，由殼體(3)及其表面設有的印表機(1)、光度計蓋(2)、操作顯示面板(4)及內部電路組成。光度計依次由樣品比色池(16)、光源(12)、濾光片(18)、光電池(19)組成。內部電路由傳感器(28)、前置放大器(29)、信號放大器(30)、模數轉換器(31)組成。數據處理系統由單片機(32)和內設計算COD值、時鐘、斷電保護、顯示和列印等模塊組成。本發明結構緊湊、設計合理，能快速精確檢測COD。
文檔編號G01N21/75GK1556397SQ20041001576
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月12日 優先權日2004年1月12日
發明者金利通, 艾仕雲, 李嘉慶, 楊婭, 孫鄭冬, 曹餘勤, 顧粉林, 潘振聲 申請人:華東師範大學