一種投入式螢光法水質在線分析儀的製作方法

2023-12-06 13:42:21 2

專利名稱：一種投入式螢光法水質在線分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可監測水中葉綠素a、礦物油含量的螢光法水質在線分析儀，屬於水質監測設備技術領域。
背景技術：
水體富營養化是隨著水體中氮、磷等營養成份的增加、浮遊植物的生產量增加所產生的現象。水中的葉綠素是評價水體富營養化程度最直接有效的方法，是反映水體初級生產力一個重要指標。水質監測技術規範中規定，在湖泊、水庫等水體水質監測中，葉綠素 a屬於常規監測項目。傳統測定水體中的葉綠素常採用分光光度法，一般在實驗室中進行。測定時首先要採集水樣，樣品必須經過濃縮、過濾等預處理後才能進行分析，測試過程耗時，且靈敏度較低，幹擾因素多，需要有經驗的分析人員才能確保數據的良好及一致性。利用分光光度法，不能進行葉綠素a的在線監測，無法獲得水質質量的實時數據。採用螢光光度法測定水體中的葉綠素a，無需把細胞攪破，不需對樣品進行預處理，可直接對樣品進行測試，能真實反應葉綠素在現場條件中鮮活的表現。現有的葉綠素螢光分析儀多為櫃式，存在體積大、耗能多、價錢昂貴等特點，不利於安裝和維護，不能於水體中直接進行測量，難以實現水體中葉綠素的實時、原位分析。礦物油是一種由低級烷烴碳氫化合物(C5-C9)和環狀單核碳氫化合物流體狀溶液組成的。近年來，工業企業排放的含油汙水量不斷增加，海上石油運輸洩露事件時有發生，致使大量礦物油進入地表水體，破壞了天然水體耗氧與復氧之間原有的平衡關係，影響了水生生物的正常生存與生長，油類及其分解產物中的多種有毒物質通過食物鏈進入人體，危害人體健康。目前，我國使用現場取樣試驗室分析的方法對水中礦物油含量進行測量，主要有重量法、非分散紅外法、紅外光度法、紫外吸收法、螢光法等。取樣分析法存在取樣困難、周期長、耗費大量人力等缺點。當前國內外水中礦物油在線分析儀普遍採用光散射法、紅外光度法、螢光法，採用光散射法只檢測到水體中成分散狀態的油，靈敏度低。而礦物油濃度低於lmg/L即可完全溶於水中。紅外光度法為國家標準方法，但所用的萃取劑四氯化碳是國際公約《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》限制使用的試劑，至2010年發展中國家必須全部停用。相比之下，採用螢光法的在線分析儀耗時短、靈敏度高。我國國家環境保護總局頒布的HJ/T 92-2002《水汙染物排放總量監測技術規範》中也明確規定水中油自動在線測量法為螢光法、紅外法。目前，不論以哪種原理為基礎的水中礦物油在線分析儀多數為櫃式設計，對使用環境要求較高，使用時需安裝在站房內，並且需要水樣採集裝置，將待測水樣引入儀器進行測量。這樣一來，由於礦物油的特殊性質，在水樣採集時含量已經發生變化，無法準確測量水中礦物油含量。在測量過程中，大部分儀器都需要化學試劑，給環境帶來二次汙染。只有國外個別廠家生產出投入式水中油在線分析儀，但由於水質環境以及油品種類複雜，國內外油質差別很大，導致此類產品並不能適合國內水質環境下水中油含量的檢測。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種對水體進行原位檢測、不需有機溶劑萃取、對環境無二次汙染、可監測水中葉綠素a或者礦物油含量的投入式螢光法在線分析儀。解決上述技術問題的技術方案是
一種投入式螢光法水質在線分析儀，它由密封的金屬外殼體和檢測部分組成，外殼體內有兩個腔室，一個腔室內安裝檢測部分，另一個腔室外殼體壁上有多個流水孔與外界相通，兩個腔室之間防水密封，兩個腔室之間的室壁上開有兩個通光孔，通光孔處安裝密封石英鏡片，兩個通光孔的軸線為90度相交，檢測部分包括紫外光源、透鏡、激發濾光片、發射濾光片、光電檢測器、信號處理和控制單元，其中紫外光源、透鏡、激發濾光片安裝在一個通光孔的軸線上，發射濾光片安裝在另一個通光孔的軸線上，發射濾光片與光電檢測器相連接，信號處理和控制單元分別與紫外光源、光電檢測器相連接，信號處理和控制單元連接有信號電纜，信號電纜通過外殼體連接的防水連接器與上位機相連接。上述投入式螢光法水質在線分析儀，所述有流水孔的腔室的外殼體壁上有四個流水孔，孔直徑為8-12cm，在腔室內有兩片遮光罩，遮光罩為腔室截面一半大小的澆注尼龍片，成對角且上下兩層固定在腔室內壁上，形成Z型流路，Z型流路與流水孔相通，組成水樣流路。上述投入式螢光法水質在線分析儀，所述信號處理和控制單元由信號放大模塊、 脈衝信號解調、整流模塊、二階濾波模塊組成。上述投入式螢光法水質在線分析儀，它還有微型空氣自動清洗裝置，自動清洗裝置包括微型空壓機、PLC控制盒、壓力控制器、儲氣罐、電磁閥、防水接頭、導氣管和彎通接頭，其中微型空壓機、PLC控制盒、壓力控制器、儲氣罐、電磁閥、防水接頭組成外設部分，外設部分通過導氣管和彎通接頭與有流水孔的腔室相連通，彎通接頭固定在外殼體上。上述投入式螢光法水質在線分析儀，外殼體頂端設有兩個吊環。採用本發明結構的投入式螢光法水質在線分析儀，克服了現有分析水中葉綠素a、 礦物油的儀器存在的體積大、耗能多、價錢昂貴、不利於安裝和維護、不能於水體中直接進行測量、難以實現水體監測實時、原位分析的缺點，具有如下優點
儀器體積小、重量輕、結構簡單合理、使用方便、測量快速準確，並對儀器外部進行了防水設計，可投入水中對水體進行原位檢測；
檢測方法採用了螢光法，不需有機溶劑萃取，對環境無二次汙染； 自動清洗裝置可以對儀器視窗表面定期自動清洗，降低儀器維護量。


圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的外觀示意圖3是本發明的自動清洗裝置的結構示意圖。圖中標記如下前殼體1、紫外光源2、透鏡3、激發濾光片4、彎通接頭5、密封石英鏡片6、發射濾光片7、後殼體8、遮光罩9、光電檢測器10、信號處理和控制單元11、吊環12、
4防水連接器13、微型空壓機14、PLC控制盒15、壓力控制器16、電磁閥17、防水接頭18、儲氣罐19、流水孔20。
具體實施例方式圖中顯示，本發明為單筒探頭式，主要由外殼體、檢測部分、自動清洗裝置等組成。圖中顯示，外殼體選用防鏽鋁或不鏽鋼材料，可以為多種幾何形狀，本發明的以下實施例採用圓筒體形狀。在本實施例中，外殼體的前部為前殼體1，其內部腔室為圓柱體形狀。外殼體的後部為後殼體8，其內部腔室分為兩個半圓柱腔室，一個半圓柱腔室與前殼體1內的腔室相連通。前殼體1的圓柱體腔室底部和後殼體8的沒有連通的半圓柱腔室的側面均設有通光孔， 兩通光孔在兩條互成90°C角的軸線上。分析儀外殼體頂端通過防水連接器13與多芯電纜連接，實現與上位機的數據傳輸並接受控制。外殼體頂端設有兩個吊環12。外殼體頂端、前殼體1和後殼體2部件連接處密封防水設計，用0型密封圈密封。通光孔處安裝水密封石英鏡片6，用防水密封膠固定。圖中顯示，在後殼體2的沒有與前殼體1內的腔室相連通的腔室體壁上設有四個流水孔20，孔直徑為8-12Cm。遮光罩9為兩片腔室半徑大小的澆注尼龍片，成對角且上下兩層固定在後殼體2的該腔室的內壁上，形成Z型流路，Z型流路與流水孔20相通，組成水樣流路。圖中顯示，分析儀外殼體的沒有流水孔的腔室內部有激發部分、接收部分、信號處理單元和控制單元11。激發部分由光源2、透鏡3、激發濾光片4組成，它們安裝在發同一光軸線上，該光軸線與一個通光孔的軸線重合。接收部分由發射濾光片7、光電檢測器10組成，接收部分的光軸線與另一個通光孔的軸線相重合。信號處理和控制單元11固定在腔室的雙層電路隔板上，分別與紫外光源2、光電檢測器10相連接。在本發明的實施例中，光源2採用亮度的LED，由信號處理和控制單元11的光源脈衝調製電路控制發出脈衝激發光，經激發濾光片4濾光。光電檢測器10接受螢光信號，通過光電轉換器將光信號轉換為電信號。信號處理和控制單元11由信號放大模塊、脈衝信號解調、整流模塊、二階濾波模塊組成，提供脈衝檢測方式，進行分析運算。圖中顯示，自動清洗裝置為微型空氣自動清洗裝置。自動清洗裝置包括外設部分 (微型空壓機14、PLC控制盒15、壓力控制器16、電磁閥17、防水接頭18、儲氣罐19)、導氣管和彎通接頭5，其中外設部分控制整個清洗過程。自動清洗裝置通過導氣管和彎通接頭5 與後殼體2的腔室相連，彎通接頭5固定後殼體2的外殼上，對通光孔上安裝的密封石英鏡片6實施清洗。在本發明中，根據檢測參數不同，所述光源、發射濾光片和激發濾光片波長不同。葉綠素a對應光源波長為470nm，激發濾光片波長為470nm，發射濾光片波長為 610nm-715nm ；礦物油對應光源波長為360nm，激發濾光片波長為360nm，發射濾光片波長為 410nm-600nmo本發明的工作過程如下
測量開始前，自動清洗裝置通過彎通接頭5自動對儀器的密封石英鏡片6進行清洗。 紫外光源2在光源脈衝調製模塊的控制下，發出脈衝激發光，脈衝激發光經透鏡3，再由激發濾光片4濾光，再經密封石英鏡片6照射與密封石英鏡片6接觸的被測水樣，水樣受到激發後產生螢光，螢光經與光源軸線成90°C夾角的密封石英鏡片6和發射濾光片7濾光後到光電檢測器10，光電檢測器10將螢光信號轉化為電信號並放大傳入信號處理和控制單元 11，信號處理和控制單元11對脈衝信號進行放大和信號的解調、整流、計算等處理，最終傳至上位機或數據採集系統。
權利要求
1.一種投入式螢光法水質在線分析儀，其特徵在於它由密封的金屬外殼體和檢測部分組成，外殼體內有兩個腔室，一個腔室內安裝檢測部分，另一個腔室外殼體壁上有多個流水孔00)與外界相通，兩個腔室之間防水密封，兩個腔室之間的室壁上開有兩個通光孔， 通光孔處安裝密封石英鏡片(6)，兩個通光孔的軸線為90度相交，檢測部分包括紫外光源 O)、透鏡(3)、激發濾光片G)、發射濾光片(7)，光電檢測器(10)，信號處理和控制單元 (11)，其中紫外光源O)、透鏡(3)、激發濾光片(4)安裝在一個通光孔的軸線上，發射濾光片(7)安裝在另一個通光孔的軸線上，發射濾光片(7)與光電檢測器(10)相連接，信號處理和控制單元(11)分別與紫外光源O)、光電檢測器(10)相連接，信號處理和控制單元 (11)連接有信號電纜，信號電纜通過外殼體連接的防水連接器(1 與上位機相連接。
2.根據權利要求1所述的投入式螢光法水質在線分析儀，其特徵在於所述有流水孔00)的腔室的外殼體壁上有四個流水孔(20)，孔直徑為8-12Cm，在腔室內有兩片遮光罩(9)，遮光罩(9)為腔室截面一半大小的澆注尼龍片，成對角且上下兩層固定在腔室內壁上，形成Z型流路，Z型流路與流水孔相通，組成水樣流路。
3.根據權利要求1或2所述的投入式螢光法水質在線分析儀，其特徵在於所述信號處理和控制單元(11)由信號放大模塊、脈衝信號解調、整流模塊、二階濾波模塊組成。
4.根據權利要求3所述的投入式螢光法水質在線分析儀，其特徵在於它還有微型空氣自動清洗裝置，自動清洗裝置包括微型空壓機(14)、PLC控制盒(15)、壓力控制器(16)、 電磁閥(17)、防水接頭(18)、儲氣罐(19)、導氣管和彎通接頭(5)，其中微型空壓機(14)、 PLC控制盒(15)、壓力控制器(16)、電磁閥(17)、防水接頭(18)、儲氣罐(19)組成外設部分，外設部分通過導氣管和彎通接頭(5)與有流水孔00)的腔室相連通，彎通接頭(5)固定在外殼體上。
5.根據權利要求4所述的投入式螢光法水質在線分析儀，其特徵在於外殼體頂端設有兩個吊環(12)。
全文摘要
一種投入式螢光法水質在線分析儀,屬於水質監測設備技術領域,用於對水體進行原位檢測其技術方案是它由密封的金屬外殼體和檢測部分組成，外殼體內有兩個腔室，一個腔室內安裝檢測部分，另一個腔室外殼體壁上有多個流水孔與外界相通，兩個腔室之間的室壁上開有兩個通光孔，通光孔處安裝密封石英鏡片，兩個通光孔的軸線為90度相交，檢測部分的紫外光源、透鏡、激發濾光片安裝在一個通光孔的軸線上，發射濾光片安裝在另一個通光孔的軸線上，發射濾光片與光電檢測器相連接，信號處理和控制單元分別與紫外光源、光電檢測器相連接。本發明的儀器體積小、重量輕、結構簡單合理、使用方便、測量快速準確、有防水設計，可投入水中對水體進行原位檢測。
文檔編號G01N21/64GK102253018SQ20111010574
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者劉君華, 劉翠紅, 盧豔青, 安勝波, 李少華, 李曉光, 楊傑, 胡海珠, 許利劍, 郝龍騰 申請人:河北先河環保科技股份有限公司