一種水質分析系統的製作方法

2023-04-30 20:30:51

專利名稱：一種水質分析系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及分析儀器，特別涉及一種水質分析儀器設計。
背景技術：
目前基於溼法化學分析的具有±10%精度甚至更高精度的專用水質分析儀器，其工作過程通常採用「水樣與試劑混合-反應-檢測」的分析流程儀器先依次將待測水樣與其他反應試劑注入反應容器，混合均勻後在一定條件下進行反應，最後通過比色法、滴定法或電極法等原理進行檢測，確定水樣待測指標的濃度。現有技術中，上述專用水質分析儀器的流路設計可大致分為以下三類a.多通道分立的進液技術、b.經典流動注射技術、c.順序注射技術。專利ZL200820088159. 3公開了一種基於順序注射技術的水質在線監測系統，包括泵、儲液單元、反應-檢測單元、多通道選向閥和空氣通道，所述多通道選向閥上具有進樣通道、試劑通道、分析通道和連通所述儲液單元的公共通道；所述反應-檢測單元包括光源、反應-檢測室、檢測器及分析裝置，所述反應-檢測室的一端連通所述分析通道。圖一顯示了該實用新型的流路示意圖。發明專利申請說明書2008100662267. 8公布了專利ZL200820088159. 3所述系統的進液及分析步驟a.多通道選向閥分別選擇進液通道和試劑通道，泵通過多通道選向閥的公共埠分別向儲液單元內抽取定量的水樣和試劑；b.打開連接在反應-檢測室連通空氣埠的第一閥門，多通道選向閥選擇分析通道，泵通過所述公共通道將所述水樣和試劑推至所述反應-檢測室內；c.關閉所述第一閥門，水樣和試劑間發生反應；d.測量光穿過反應-檢測室內的反應產物,並被接收；e.分析接收信號，從而得到水樣的參數。上述已知的設計具有下列不足在被注入反應-檢測室前，水樣、試劑和清洗液都必須首先被吸入儲液單元內中轉；同樣，當廢液從反應-檢測室中排出時，也必須經過儲液單元中轉，尤其當反應-檢測室中的液體體積大於儲液單元容積時，則需要往復執行不止一次的中轉操作才能將液體全部排出。這些中轉步驟不僅繁複費時，而且容易在儲液單元的器壁上殘留液膜甚至液珠，影響儀器的測量精度。
發明內容為了解決現有技術在進液排液時中轉步驟的繁複費時，並且容易在儲液單元的器壁上殘留液膜甚至液珠，導致儀器測量精度不高的問題，本實用新型提供了一種實現無中轉進液，同時兼顧效率、精度和成本的水質分析儀器設計。實現本實用新型的技術方案是一種水質分析系統，包括流體驅動器8、多通道選向閥I、若干連接管路和若干試劑瓶，所述多通道選向閥I具有一個公共埠 k和若干分配埠 a-f，在控制系統的控制下，所述多通道選向閥I可將其公共埠 k與其若干分配埠a-f中的任意一個埠相連，其特徵在於，還包括液體定容管2、空氣隔離管4、包含有反應容器6的反應-檢測單元17和液體檢測器3，所述反應-檢測單元17的反應容器6具有一個下通道口 12和一個上通道口 13，所述多通道選向閥I的公共埠 k與所述液體定容管2的下端相連通，所述液體定容管2的上端與所述空氣隔離管4的下端相連接，所述空氣隔離管4的上端與所述反應-檢測單元17中反應容器6的下通道口 12相連接，反應容器6的上通道口 13連通所述流體驅動器8，流體驅動器8的另一端連通空氣，所述液體檢測器3安裝在所述液體定容管2與所述空氣隔離管4連接處，所述多通道選向閥I的一個分配埠 a連通空氣，其他分配埠 b-f 分別通過連接管路與試劑瓶或水樣相連接。作為優選，所述流體驅動器8為蠕動泵。蠕動泵可正反雙向驅動水質分析系統中的流體，當作為流體驅動器8的蠕動泵不工作時，其作用相當於常閉截止閥。作為優選，所述液體定容管2和空氣隔離管4均是內徑小於4毫米的管路。作為優選，所述反應-檢測單元17還包括一個下截止閥5，所述下截止閥5位於所 述空氣隔離管4與所述反應容器6之間，所述下截止閥5的下端連接空氣隔離管4的上端，下截止閥5的上端連接反應容器6的下通道口 12。作為優選,所述反應-檢測單元17還包括一個上截止閥7,所述上截止閥7位於所述流體驅動器8與所述反應容器6之間，上截止閥7的下端連接反應容器6的上通道口13，上截止閥7的上端連接到流體驅動器8。作為優選，所述液體定容管2和所述空氣隔離管4可合併為一根計量隔離管11。作為優選，所述液體檢測器3採用非接觸型液體檢測器。作為優選，所述液體定容管2、空氣隔離管4的材料為氟塑料、石英或玻璃類材料。作為優選，所述計量隔離管11的材料為氟塑料、石英或玻璃類材料。作為優選,所述反應-檢測單元17還包括一個加熱裝置16,所述加熱裝置16安裝在反應容器6的底部。作為優選，所述反應容器6為石英或玻璃類透明材料製成的透光容器。作為優選，所述反應容器6為兩頭逐漸收口的圓柱形或橢圓柱形，其圓柱部分內徑或橢圓柱部分內部軸向截面橢圓短軸不小於4毫米。作為優選，所述反應-檢測單元17還包括一個用於比色檢測的光發射模塊9和一個光電接收轉換模塊10，所述光發射模塊9與光電接收轉換模塊10分別位於反應容器6的兩側且在光路上相互對準，光發射模塊9所發出的光透過反應容器6內溶液的主體後由光電接收轉換模塊10接收並轉換為電信號輸出。作為優選，所述多通道選向閥I中連通空氣的分配埠 a連通一個三通接頭15的A端，三通接頭15的B端連通所述流體驅動器8，三通接頭15的C端連通空氣。

圖I所示為現有技術中一種順序注射式水質分析系統圖2所示為本實用新型水質分析系統示意圖
具體實施方式
[0029]圖2所示為本實用新型設計的一種水質分析系統，該系統包括作為流體驅動器8的蠕動泵、多通道選向閥I、液體定容管2、空氣隔離管4、反應-檢測單元17、液體檢測器3、若干連接管路和若干試劑瓶。其中反應-檢測單元17包括反應容器6、上截止閥7、下截止閥5、加熱裝置16、光發射模塊9和光電接收轉換模塊10，並且反應容器6具有一個下通道口 12和一個上通道口 13 ;作為流體驅動器8的蠕動泵可正反雙向驅動水質分析系統中的流體，當蠕動泵不工作時，其作用相當於常閉截止閥；多通道選向閥I具有一個公共埠k和若干分配埠(a-f)，在控制系統的控制下，多通道選向閥I可將其公共埠 k與其若干分配埠(a-f)中的任意一個埠相連；多通道選向閥I的公共埠 k與液體定容管2的下端相連通，液體定容管2的上端與空氣隔離管4的下端相連接，空氣隔離管4的上端連接反應-檢測單元17中的下截止閥5下端，下截止閥5的上端連接反應容器6的下通道口12，反應容器6的上通道口 13連接上截止閥7下端，上截止閥7的上端通過管路與作為流體驅動器8的蠕動泵的一端相連接，蠕動泵的另一端連通空氣，多通道選向閥I的一個分配埠 a連通空氣，其他分配埠(b-f)分別通過連接管路和試劑瓶相連接；所述液體檢測器3安裝在液體定容管2與空氣隔離管4連接處，當液體經過液體定容管2與空氣隔離管4連接處時，液體檢測器3可立即向控制系統發出信號；反應-檢測單元17的加熱裝置16安裝 在反應容器6的底部。反應-檢測單元17的光發射模塊9和光電接收轉換模塊10分別安裝在反應容器6的兩側且在光路上相互對準，光發射模塊9所發出的光透過反應容器6內溶液的主體後由光電接收轉換模塊10接收並轉換為電信號輸出。控制系統通過測量電信號的輸出值，換算得到溶液對該發射光的吸光度，從而計算出溶液中待測成分的濃度值。本實用新型液體定容管2和空氣隔離管4均是內徑I. 6毫米的管路。本實用新型反應容器6為石英或玻璃類透明材料製成的透光容器。本實用新型反應容器6為兩頭逐漸收口的圓柱形，其圓柱部分內徑不小於4. 5毫米。本實用新型液體定容管2和空氣隔離管4可合併成為一根計量隔離管11。本實用新型液體定容管2、空氣隔離管4或計量隔離管11的材料為氟塑料、石英或玻璃類材料。本實用新型液體檢測器3採用非接觸型液體檢測器。本實用新型多通道選向閥I的連通空氣的分配埠連通一個三通接頭15的A端，所述三通接頭15的B端連通所述流體驅動器8連接空氣的B端，所述三通接頭15的C端連通空氣。本實用新型水質分析系統執行小體積進液的步驟如下，I).將多通道選向閥I切換到需要進液的埠，使多通道選向閥I的公共埠 k與之相連通；2).流體驅動器8正向驅動反應容器中上端的氣體向外排出到空氣中，使反應容器6內產生負壓，進而將所選進液埠所連通的液體吸入，在進液過程中，上截止閥7和下截止閥5保持打開狀態，液體依次經過多通道選向閥I和液體定容管2，當液體檢測器3檢測到液體達到液體檢測器3位置並過衝一段固定的過衝體積後，流體驅動器8停止工作，同時關閉下截止閥5，液體停留在液體檢測器3附近的某一固定位置；3).多通道選向閥I切換到空氣埠，下截止閥5在多通道選向閥I切換到空氣埠後打開；4).流體驅動器8正向驅動反應容器6中上端的氣體繼續向外排出，使反應容器6內產生負壓，直到將位於多通道選向閥I及液體定容管2內的液體全部吸入反應容器6中；5).流體驅動器8停止工作，進液完畢，因空氣隔離管4內徑小於4毫米，液體並不會向下流出，下截止閥5在流體驅動器8停止工作後關閉；6).重複步驟1)_5)，可將同一或另一埠的液體吸入到反應容器6中。通過調節上述流程中第2步的液體過衝體積，可對需要進液的液體體積進行調M
iF. o 本實用新型水質分析系統採用用於比色檢測的光發射模塊9和光電接收轉換模塊10進行大容積進液的方法和步驟為I).將多通道選向閥切I換到需要進液的埠，使多通道選向閥I的公共埠 k與之相連通；2).流體驅動器8正向驅動反應容器6中上端的氣體向外排出到空氣中，使反應容器6內產生負壓，進而將所選進液埠所連通的液體吸入，在進液過程中，上截止閥7和下截止閥5保持打開狀態，液體依次經過多通道選向閥I、液體定容管2、空氣隔離管4和下截止閥5，最終進入反應容器6後不斷上升，液體在反應容器6中由於表面張力形成一個凹液面，當該凹液面上升到所述光發射模塊9與光電接收轉換模塊10之間時，會將光發射模塊9所發射的光折射或全反射，從而導致光電接收轉換模塊10所接收的光強銳減，當光強低於某一設定閾值後，系統等待液體過衝一段固定的過衝體積，之後控制流體驅動器8停止工作，同時關閉下截止閥5，使液體停留在反應容器6中的某一固定高度；3).多通道選向閥I切換到空氣埠，下截止閥5在多通道選向閥I切換到空氣埠後再打開；4).流體驅動器8正向驅動反應容器6中上端的氣體繼續向外排出，使反應容器6內產生負壓，直到將位於多通道選向閥I及計量管路內的液體全部吸入反應容器6中；5).流體驅動器8停止工作，進液完畢，因空氣隔離管4內徑小於4毫米，液體並不會向下流出，下截止閥5在流體驅動器8停止工作後關閉。通過調節上述流程中第2步的液體過衝體積，可對需要進液的液體體積進行調M
iF. o本實用新型的水質分析系統執行排液的步驟如下，I).將多通道選向閥I切換到排液埠，使多通道選向閥I的公共埠 k與之相連通；2).打開上截止閥7和下截止閥5，流體驅動器8反向驅動反應容器外的空氣注入反應容器6，使反應容器6內產生正壓，進而將反應容器6內的液體依次經過下截止閥5、空氣隔離管4、液體定容管2，最終從多通道選向閥I的排液埠排出，排液完畢後，所述上截止閥7和下截止閥5關閉。本實用新型水質分析系統可分別對水樣中C0D、氨氮、六價鉻等水質汙染指標進行檢測，在圖二中，水樣和各試劑埠的連接如下 COD a埠 空氣埠b埠 蒸懼水 c埠 重鉻酸鉀溶液[0058]d糹而口 濃硫酸+硫Ife銀溶液 e糹而口 廢液糹而口 f糹而口 水樣2而口 氨氮a埠 空氣埠b埠 蒸餾水 c埠 酒石酸鉀納溶液[0061 ] d埠納氏試劑顯色劑 e埠 廢液埠 f■埠 水樣埠 六價鉻a埠 空氣埠b埠 蒸懼水c埠 混合酸溶液d埠 顯色劑溶液e埠 廢液埠 f■埠 水樣埠以測量氨氮為例，本實用新型水質分析系統檢測的步驟如下， I.將反應容器6內的液體通過排液口 e排空。2.先利用大體積進液操作向反應容器6中進4毫升水樣。3.再利用小體積進液操作向反應容器6中進0. 5毫升屏蔽劑酒石酸鉀納溶液。4.將多通道選向閥I切換到空氣埠 a，打開上截止閥7和下截止閥5，作為流體驅動器8的蠕動泵正向轉動，可通過吸入的空氣氣泡將試劑混合均勻。5.待液體靜置後，測量此時的比色背景電壓。6.再利用小體積進液操作向反應容器6中進0. 5毫升顯色劑納氏試劑。7.將多通道選向閥I切換到空氣埠 a，打開上截止閥7和下截止閥5，作為流體驅動器8的蠕動泵正向轉動，可通過吸入的空氣將顯色劑與溶液混合均勻，此時混合液開始顯色。8.經過固定的比色時間，待液體靜置後，測量此時的比色後電壓。9.通過測得的比色背景電壓和比色後電壓，計算得到水中氨氮含量的濃度。10.將反應後的溶液排出反應容器6，並進蒸餾水清洗反應容器6和相應管路。可通過增加多通道選向閥分配埠的數量來擴展水質分析系統的試劑進液數量，例如，可以將圖二所示的多通道選向閥I擴展為10個分配埠，多餘出來的埠分別連接檢測COD所需要的重鉻酸鉀溶液、濃硫酸溶液和COD量程校正液等，這樣就可以在一個系統中實現對2種水質監測指標的檢測。也可將多餘的多通道選向閥的分配埠連接其他的反應-檢測容器，例如基於滴定法的檢測容器。此時的流路系統設計類似基於順序注射技術的流路系統設計。本實用新型與現有技術相比，具有以下有益效果I.通過加入空氣隔離管，利用液體在細管內表面張力的吸管效應，本實用新型解決了不同試劑在同一方向上分段進液，精確計量並最終在反應-檢測裝置中均勻混合的問題。由於多通道選向閥的公共埠、液體計量管、空氣隔離管、反應-檢測裝置和流體驅動器是串行連接的，因此本實用新型在進液或者排液時，液體始終在同一個方向上運動，避免了順序注射式流路系統必須通過儲液單元中轉液體的缺陷，進液效率提高了 50%以上。2.在本實用新型中，反應-檢測裝置中的比色裝置兼做大體積的進液計量傳感器，不僅提高了一次性進液效率，而且節省了加裝液體檢測器的成本。3.由於取消了儲液單元，減少了進液時液體流過管道的長度和管壁表面積，因此減少了液體在管壁上殘留液膜或掛壁的概率，提高了進液的精度。4.本實用新型水質分析系統採用的進液方式，對於小體積如0. 5毫升的進液操作，其進液精度能達到I微升，對於利用光發射模塊和光電接收轉換模塊進行的大容積如4毫升的進液，其進液精度能達到5微升。這裡公開的實施例是示例性的，其僅是為了對本實用新型進行解釋說明，而並不是對本實用新型的限制，本領域或技術人員可以預見的改良和擴展都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種水質分析系統，包括流體驅動器(8)、多通道選向閥(I)、若干連接管路和若干試劑瓶，所述多通道選向閥(I)具有ー個公共端ロ(k)和若干分配端ロ(a-f)，在控制系統的控制下，所述多通道選向閥(I)可將其公共端ロ(k)與其若干分配端ロ(a-f)中的任意ー個端ロ相連，其特徵在於還包括液體定容管(2)、空氣隔離管(4)、包含有反應容器(6)的反應-檢測單元(17)和液體檢測器(3)，所述反應-檢測單元(17)的反應容器(6)具有一個下通道ロ(12)和一個上通道ロ(13)，所述多通道選向閥(I)的公共端ロ(k)與所述液體定容管(2)的下端相連通，所述液體定容管(2)的上端與所述空氣隔離管(4)的下端相連接，所述空氣隔離管(4)的上端與所述反應-檢測單元(17)中反應容器(6)的下通道ロ(12)相連接，反應容器￠)的上通道ロ(13)連通所述流體驅動器(8)，流體驅動器(8)的另一端連通空氣，所述液體檢測器(3)安裝在所述液體定容管(2)與所述空氣隔離管(4)連接處，所述多通道選向閥(I)的ー個分配端ロ(a)連通空氣，其他分配端ロ(b-f)分別通過連接管路與試劑瓶或水樣相連接。
2.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述流體驅動器(8)為蠕動泵。
3.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述液體定容管(2)和空氣隔離管(4)均是內徑小於4毫米的管路。
4.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應-檢測單元(17)還包括ー個下截止閥(5)，所述下截止閥(5)位於所述空氣隔離管(4)與所述反應容器(6)之間，所述下截止閥(5)的下端連接空氣隔離管(4)的上端，下截止閥(5)的上端連接反應容器(6)的下通道ロ(12)。
5.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應-檢測單元(17)還包括ー個上截止閥(7)，所述上截止閥(7)位於所述流體驅動器(8)與所述反應容器(6)之間，上截止閥(7)的下端連接反應容器(6)的上通道ロ(13)，上截止閥(7)的上端連接到流體驅動器⑶。
6.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述液體檢測器(3)採用非接觸型液體檢測器。
7.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應-檢測單元(17)還包括一個加熱裝置(16)，所述加熱裝置(16)安裝在反應容器￠)的底部。
8.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應容器(6)為石英或玻璃類透明材料製成的透光容器。
9.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應容器(6)為兩頭逐漸收ロ的圓柱形或橢圓柱形，其圓柱部分內徑或橢圓柱部分內部軸向截面橢圓短軸不小於4毫米。
10.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在於所述反應-檢測單元(17)還包括一個用於比色檢測的光發射模塊(9)和一個光電接收轉換模塊(10)，所述光發射模塊(9)與光電接收轉換模塊(10)分別位於反應容器(6)的兩側且在光路上相互對準，光發射模塊(9)所發出的光透過反應容器￠)內溶液的主體後由光電接收轉換模塊(10)接收並轉換為電信號輸出。
11.根據權利要求I所述的水質分析系統，其特徵在幹所述多通道選向閥(I)中連通空氣的分配端ロ(a)連通ー個三通接頭(15)的A端，三通接頭(15)的B端連通所述流體驅動器(8)，三通接頭(15)的C端連通空氣。
12.根據權利要求1-11任意一項所述的水質分析系統，其特徵在於所述液體定容管(2)或空氣隔離管(4)的材料為氟塑料、石英或玻璃類材料。
13.根據權利要求1-11任意一項所述的水質分析系統，其特徵在於所述液體定容管(2)和所述空氣隔離管(4)可合併為ー根計量隔離管(11)。
專利摘要一種水質分析系統，包括作為流體驅動器的蠕動泵、多通道選向閥、液體定容管、空氣隔離管、反應-檢測單元、液體檢測器、若干連接管路和若干試劑瓶，所述蠕動泵可正反雙向驅動水質分析系統中的流體，所述反應-檢測單元包括反應容器、上截止閥、下截止閥、加熱裝置、光發射模塊和光電接收轉換模塊。多通道選向閥的公共埠、液體計量管、空氣隔離管、反應-檢測裝置和流體驅動器串行連接，系統在進液或者排液時，液體始終在同一個方向上運動，避免了順序注射式流路系統必須通過儲液單元中轉液體的缺陷。
文檔編號G01N21/75GK202548055SQ20112037168
公開日2012年11月21日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者肖又曾 申請人:桂林歐博儀器技術有限公司