水質多組分重金屬分析儀的製作方法

2023-11-08 10:57:37 1

專利名稱：水質多組分重金屬分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種重金屬檢測儀器，尤其是適於水體的重金屬檢測儀器。
背景技術：
隨著我國工業化得發展，重金屬汙染越來嚴重，典型的是水體中汞(Hg)、鉻(Cr)、 鎘(Cd)、鉛(Pb)和類金屬砷(As)等含量日益上升，危害人民健康。目前市場上的一些重金屬分析儀，其原理一種是採用比色分光法，該種檢測儀可測參數單一，監測周期長，受被測水質色度影響大，監測精度得不到可靠保證；第二類儀器分析過程中需要使用劇毒試劑，其廢液會對環境產生嚴重的二次汙染物，甚至造成越測越汙染的局面；第三類是採用陽極溶出伏安法的分析儀，其核心部件電極都依賴於進口，更換成本高，且中國的水質複雜多樣， 該方法只能適應其中某些水質；目前，市場對在飲用水、河流斷面地表水監測領域提出了檢測限低、高精度的高要求，上述幾種方法很難滿足要求。
發明內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種可快速檢測多個重金屬參數(汞、鉻、鎘、鉛、砷等)，並能廣泛應用於地表水、飲用水、工業汙染源等多水質領域的分析儀。本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，水質多組分重金屬分析儀，由樣品進樣模塊、傳感測量模塊、中央控制模塊組成；樣品進樣模塊由注射泵連接多通道選擇閥，多通道選擇閥各埠分別連接汞、鉻、鎘、鉛、砷五種標液瓶及取樣瓶，取樣泵連接取樣瓶；傳感測量模塊由依次連接的X射線管、樣品室、光譜儀組成；注射泵連接樣品室；中央控制模塊由PC機連接嵌入式控制器，該控制器分別連接注射泵和數據處理模塊，數據處理模塊連接光譜儀。本實用新型本項目產品可廣泛用於水和廢水的水質應急監測、比對監測，針對其測量優勢及其功能，可主要用於工業汙染源、飲用水、河流斷面地表水的水質應急監測和比對監測。由於水中重金屬元素的存在形式多樣，有的離子形式存在；有的以懸浮物形式存在；有的則以沉澱物形式存在。常規測量方法一般只能測定離子形式存在的重金屬元素，不能體現水中某種重金屬元素的總濃度。本實用新型採用的X射線管螢光分析技術不受固態和離子態存在形式的影響，能夠完整檢測水樣中的重金屬元素的總濃度。

圖1是本實用新型各模塊的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型做詳細的介紹如圖1所示水質多組分重金屬分析儀由樣品進樣模塊、傳感測量模塊、中央控制模塊組成；樣品進樣模塊由注射泵4連接多通道選擇閥5，多通道選擇閥5各埠分別連接試劑瓶6，試劑瓶分為汞、鉻、鎘、鉛、砷五種標液瓶及取樣瓶，取樣泵11連接取樣瓶，取樣泵將受測水樣泵壓入取樣瓶；傳感測量模塊由依次連接的X射線管8、樣品室9、光譜儀10組成；注射泵4連接樣品室9，通過多通道連接閥注射泵將定量的水樣從試劑瓶泵壓入樣品室；中央控制模塊由PC機1連接嵌入式控制器2，該控制器2分別連接泵閥控制器3和數據處理模塊7，泵閥控制器3連接注射泵4，數據處理模塊7連接光譜儀10。傳感測量模塊由X射線管、樣品室和光譜儀構成，這種獨立分散設計使得系統維護簡單，樣品不會對任何部件產生腐蝕或幹擾，提高了檢測精度，延長了產品的使用壽命。本發明的工作過程如下嵌入式控制器控制注射泵將取樣瓶中的水樣泵人樣品室，然後X射線管產生入射 X射線(一次X射線)，激發樣品室中的被測樣品水樣。受激發的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線，由於元素的原子受到高能輻射激發而引起內層電子的躍遷，同時發射出具有一定特殊性波長的X射線，根據莫斯萊定律，螢光X射線的波長λ與元素的原子序數Z 有關，其數學關係如下λ =K(Z-S)-2，式中K和S是常數。根據量子理論，X射線可以看成由一種量子或光子組成的粒子流，每個光具有的能量為E = hv = hc/λ，式中，E為X射線光子的能量，單位為keV ；h為普朗克常數；ν為光波的頻率；C為光速。因此，不同元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性。所以只要測出螢光X射線的波長或者能量就可以測定受測元素的種類。此外，螢光X射線的強度與相應元素的含量有一定的關係，據此，可以進行元素定量分析。過程中，樣品水樣經過X射線照射，隨後光譜儀探測這些放射出來的二次X射線，然後數據處理模塊分析其能量及數量，並將數據通過嵌入式控制器傳輸給PC機，PC機根據標液參考曲線，結合所得數據將其轉換成樣品中所含各種元素的種類及含量。大多數光源傳感器的性能指標都會隨著溫溼度等的差異而產生變化，從而影響檢測精度。本發明採用調零算法和標液參比技術，結合標液參比的方法，各個重金屬監測參數均對應一個特定的標液，使得參考曲線精確，濃度相關性好，很好的解決了此方面的問題。調零算法和標液參比技術包含三個步驟。首先，在系統每次測量前，按設定的PC 機軟體程序控制注射泵、多通道選擇閥往樣品室注入一定體積的去離子水，打開X射線管， 此時光譜儀會探測到一定能量EX，軟體中事先設好一能量常量為E0，調節X射線管電流，EX 會隨著X射線管電流的變化而變化，當EX讀數等於EO時，PC機軟體會自動記錄此時X射線管的電流II，排空樣品室。然後，往樣品室注入同體積的與被測因子(汞、鉻、鎘、鉛、砷五種之一)相對應的標液，用Il開啟X射線管，記錄光譜儀探測器的能量，軟體自動校準曲線，排空並清洗樣品室。再往樣品室注入同體積的被測樣品水樣，用Il開啟X射線管，記錄光譜儀探測器的能量，用先前的校準曲線換算出被測樣品的濃度，排空並清洗樣品室。上述三個步驟即為一個分析流程，每個因子的分析流程都與上述相同。
權利要求1.水質多組分重金屬分析儀，其特徵在於由樣品進樣模塊、傳感測量模塊、中央控制模塊組成；樣品進樣模塊由注射泵連接多通道選擇閥，多通道選擇閥各埠分別連接試劑瓶，試劑瓶分為汞、鉻、鎘、鉛、砷五種標液瓶及取樣瓶，取樣泵連接取樣瓶；傳感測量模塊由依次連接的X射線管、樣品室、光譜儀組成；注射泵連接樣品室；中央控制模塊由PC機連接嵌入式控制器，該控制器分別連接泵閥控制器和數據處理模塊，泵閥控制器連接注射泵，數據處理模塊連接光譜儀。
專利摘要本實用新型涉及適於水體的重金屬檢測儀器。水質多組分重金屬分析儀由樣品進樣模塊、傳感測量模塊、中央控制模塊組成；樣品進樣模塊由注射泵連接多通道選擇閥，多通道選擇閥各埠分別連接試劑瓶，試劑瓶分為汞、鉻、鎘、鉛、砷五種標液瓶及取樣瓶，取樣泵連接取樣瓶；傳感測量模塊由依次連接的X射線管、樣品室、光譜儀組成；注射泵連接樣品室；中央控制模塊由PC機連接嵌入式控制器，該控制器分別連接泵閥控制器和數據處理模塊，泵閥控制器連接注射泵，數據處理模塊連接光譜儀。本實用新型可主要用於工業汙染源、飲用水、河流斷面地表水的水質應急監測和比對監測。
文檔編號G01N23/223GK202339327SQ201120159550
公開日2012年7月18日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者張旭 申請人:杭州浩通儀器儀表有限公司