專利名稱：：高壓流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：.本發(fā)明涉及一種水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，特別是高壓流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，用于自來水、江河、湖泊水、工業(yè)污水等廢水含磷量的在線檢測。
背景技術(shù)：
：磷在自然界分布很廣，在淡水和海水中，磷的平均含量分別為0.02mg/L和0.088mg/L。由于磷與氧的結(jié)合能力很強，磷幾乎都是以各種磷酸鹽的形式存在，包括正磷酸鹽、縮合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)和有機物結(jié)合的磷酸鹽以溶液或懸浮物形式存在于在天然水和廢水中。水中磷酸鹽的來源渠道較多，例如磷肥和農(nóng)藥使用后，會通過暴雨徑流和溶雪將磷酸鹽帶入地表水中；此外，有機磷酸鹽往往隨著生物體排泄物和殘留物帶入污水中。磷是生物生長必須的營養(yǎng)元素，然而，水域中磷過于富集會伴隨藻類異常增殖，大量藻類腐爛分解會消耗水中的氧，使水質(zhì)惡化，致使魚類和水生物大量死亡，降低了水資源的利用價值，甚至?xí)?dǎo)致湖泊的沼澤化。因此，嚴格監(jiān)控水源及排放水的磷含量，使其免受磷污染，對保護水域具有重要作用。水樣的總磷檢測方法較多，其中，鉬銻抗(或稱鉬藍)分光光度法測定總磷是一種較為簡單可靠的檢測方法，該法的檢測原理是高溫高壓下，過硫酸鉀水解產(chǎn)生氧K2S208+H20=2KHS04+1/202生成的新生態(tài)氧把水中所含的各種磷化合物氧化成正磷酸根離子P043—，正磷酸根離子(P043—)在強酸性條件下，與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應(yīng)生成磷鉬雜多酸(H3PMo12O40):P043-+12Mo042_=H3PMo12O40+12H20磷鉬雜多酸再被抗壞血酸(或稱維生素C)還原后生成藍色配合物(俗稱磷鉬藍)，在一定濃度范圍內(nèi)，磷鉬藍吸光度與正磷酸根離子濃度成正比，因而可以通過分光光度目前，鉬藍分光光度法多采用手工檢測，檢測精確度難以提高，而且不能適用于水質(zhì)的在線自動檢測。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目是提供一種鉬藍分光光度法流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，它可在連續(xù)流動過程中，簡便、快速、精確地完成檢測過程的各程序，以適合水體中磷的在線檢測。本流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)含有串聯(lián)的加熱器和冷卻器，它們和光電流通池、消解劑貯液瓶、輸送樣品的注射泵P1、輸送載流液的注射泵P2、輸送顯色劑的蠕動泵P3之間通過毛細管路及多個轉(zhuǎn)換閥連成系統(tǒng)，各轉(zhuǎn)換閥的在系統(tǒng)中連接關(guān)系如下三通閥V4設(shè)有接口l3，其中接口2連接注射泵P1，接口l連接消解劑貯液瓶，接口2與接口1、3擇一相通；五通閥V5設(shè)有接口1~5，接口2與接口1或3相通，接口5與4之間對應(yīng)為斷或通，其中，接口1與電磁閥V3的接口2連接，接口2與閥V4的接口3連接，接口3與加熱器進口連接，接口4為消解后的廢液出口；八通閥V6設(shè)有接口1~8，接口2與接口l或3相通，對應(yīng)為接口4與接口3或5相通；接口7與接口6或8相通，其中，接口l為顯色劑廢液出口，接口4與五通閥V5的接口5連有延長的背壓管，接口6是接載流液進口，接口7與注射泵P2相連接；七通閥V7設(shè)有接口1~7，接口2與接口1或3相通，對應(yīng)為接口4與接口3或5相通，接口6與接口5或7相通，其中，接口1與蠕動泵P3連接，接口2、5與八通閥V6的接口2、3分別連有毛細管定量環(huán)，接口3、7與八通閥V6的接口8、5分別相連，接口4與流通池入口相連接，接口6與冷卻器出口相連接；電磁閥VI設(shè)有接口79，電磁閥V2設(shè)有接口4~6，電磁閥V3設(shè)有接口13，各電磁閥中，接口7和9分別接標樣B1和B2，接口4接水樣S，接口6與接口8、接口5與接口3分別相連，接口1與消解劑貯液瓶相連。所說系統(tǒng)管路上設(shè)有壓力傳感器。所說的背壓管是具有足夠長度的毛細管，以維持系統(tǒng)內(nèi)壓力0.70.75MPa。所說的毛細管路是內(nèi)徑為0.5~lmm的透明聚氟材料管，所說的背壓管的長度至少為45米。該足夠長度的背壓管可使系統(tǒng)保持所需的高壓，背壓管可通過繞圈的方式縮小占用空間。所說五通閥V5的接口2與三通閥V4的接口3之間毛細管路具有足夠長度，以能容納交替采入的水樣和消解劑的進樣管，一般為5~12米。所說的光電流通池設(shè)于控制恒溫的冷阱箱內(nèi)。本系統(tǒng)通過恒流的陶瓷注射泵間隔地將過硫酸鉀消解劑和水樣吸入在貯液管中，再將其推入加熱的反應(yīng)毛細管中擴散混合，在高溫高壓下，水樣中的各種磷^i合物被過硫酸鉀氧化消解轉(zhuǎn)變成正磷酸根離子(P043—)，消解后的水樣被送入定量環(huán)中，同時通過蠕動泵將顯色劑鉬酸鹽溶液送入另一定量管中，準確定量。然后轉(zhuǎn)動有關(guān)閥的閥芯，即可將定量環(huán)中的消解水樣和鉬酸鹽切入載流液(維生素C溶液)中，二者被載流液推動前進過程中漸漸擴散呈現(xiàn)梯度混合，混合液反應(yīng)后進入流通池，由光電比色計測量并記錄液流中的鉬藍對660nm波長光吸收后透過光強度的變化值，獲得有相應(yīng)峰高和峰寬的響應(yīng)曲線，用峰高或峰寬經(jīng)比較計算求得水樣中總磷值的含量。本發(fā)明系統(tǒng)除設(shè)置加熱器提供反應(yīng)所需溫度外，還通過足夠長度的背壓管對系統(tǒng)消解劑產(chǎn)生阻尼作用，以確保流路系統(tǒng)能保持0.7MPa以上的高壓。通過提高系統(tǒng)壓力相應(yīng)提高液體沸點，從而在反應(yīng)溫度下避免液體氣化，有效遏止了氣泡產(chǎn)生。本發(fā)明通過延長管路，而不是采用減小出口管口徑的方法來增加阻尼，因而不影響樣品中的微小顆粒順暢排出。綜上所述，本發(fā)明檢測系統(tǒng)使傳統(tǒng)的鉬藍法的總磷分析通過以流動注射的方式，即水樣及各種試劑的進樣、混合、反應(yīng)、定量、檢測各過程均通過在毛細管路系統(tǒng)中連續(xù)恒定流動的方式自動有序地進行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，檢測過程快速，操作簡便，每次檢測試劑耗量很小，費用極低。毛細定量環(huán)定量精確，系統(tǒng)無氣泡干擾，因此檢測精度高。本系統(tǒng)特別適用于地面水、污水和工業(yè)廢水中的總磷(包括溶解的、顆粒的、有機或無機磷)的自動在線分析或?qū)嶒炇铱焖俜治?，從而實現(xiàn)對水質(zhì)磷含量的在線監(jiān)控制。圖1~圖7表示從系統(tǒng)清洗直至總磷檢測各步驟中，系統(tǒng)內(nèi)各轉(zhuǎn)換閥的切換及流路的變化狀態(tài)。圖8(1)表示釆用本系統(tǒng)測得的標樣及水樣的光電電壓V的峰高和峰寬的響應(yīng)曲線。圖8(2)表示根據(jù)圖8(1)標定的峰高-濃度曲線。圖中各標記表示為Bl、B2—標樣，S—水樣，Pl、P2—注射泵，P3—蠕動泵，VI、V2、V3—電磁閥，V4—三通閥，V5—五通閥，V6—八通閥，V7—^^b通閥，C一消解劑貯瓶，RMo—鉬酸銨顯色劑，RVc—抗壞血酸載流液，LMo—顯色劑定量環(huán)，Ls一經(jīng)消解后的水樣定量環(huán)，Wl、W2、W3—廢液。具體實施方式下面結(jié)合圖1至圖7進一步說明本分析系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)及水質(zhì)總磷檢測過程。如圖i，本分析系統(tǒng)中，加熱器和冷卻器串聯(lián)，它們和流通池、消解劑液ie瓶c、陶瓷注射泵Pl、不銹鋼注射泵P2、蠕動泵P3之間通過內(nèi)徑為0.8mm的透明聚四氟乙烯毛細管路及轉(zhuǎn)換閥V4、V5、V6、V7連接成系統(tǒng)，各轉(zhuǎn)換閥座上設(shè)有若干個接口，閥蓋內(nèi)側(cè)面上設(shè)有對應(yīng)的弧形槽，闊蓋可順轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)一個弧長間隔，可改變弧形凹槽兩端與接口相連接關(guān)系。三通闊V4設(shè)有接口1~3，接口2與接口1、3擇一相通；閥V4的接口2連接注射泵1，接口1連接消解劑貯液瓶C;五通閥V5設(shè)有接口1~5，接口2與接口1或3相通，接口5與4之間相應(yīng)為斷或通；接口1與電磁閥V3的接口2連接，接口2與閥V4的接口3相連接，接口3與加熱器進口連接，接口4為消解廢液W1出口；八通閥V6設(shè)有接口1~8，接口2與接口1或3相通，對應(yīng)為接口4與接口3或5相通；接口7與接口6或8相通；接口1為顯色劑廢液W3出口，接口4與五通閥V5的接口5相連接，接口6是載流液RVc的進口，接口7與注射泵P2相連接；七通閥V7設(shè)有接口1~7，其中，接口2與接口1或3相通，接口4與接口3或5相通，接口6與接口5或7相通；接口1與蠕動泵P3連接，接口2與八通閥V6的接口2連有顯色劑的毛細管定量環(huán)LMo，接口5與八通閥V6的接口3連有消解水樣的毛細管定量環(huán)Ls，接口3、7與八通閥V6的接口8、5分別相連，接口4與流通池入口相連接，接口6與冷卻器出口相連接，流通池的出口為廢液W2出口；電磁閥VI設(shè)有接口79，電磁閥V2設(shè)有接口4~6，電磁閥V3設(shè)有接口卜3，各電磁閥VI、V2、V3中，接口7和9分別為兩個標樣B1禾C1B2的進口，接口4為水樣S的進口，接口6與接口8、接口5與接口3分別相連，接口1與消解劑貯液瓶C相連。注射泵Pl和P2活塞的進或退均為電機驅(qū)動。實施例1本系統(tǒng)用于水質(zhì)總磷的檢測過程1.試劑的準備1-1.顯色劑鉬酸鹽溶液(RMo)的制備溶解10g鉬酸銨[(朋4)^07024.站20]于lOOmL水中。溶解0.10g酒石酸銻鉀[KSbC4H407.H20]于lOOmL水中。在不斷攪拌下把鉬酸銨溶液徐徐加到44mL硫酸(1+1)，再加酒石酸銻鉀溶液，定容到500ml，然后混合均勻，得顯色劑賜o。1-2.載流液抗壞血酸(RVc)的配制溶解25g抗壞血酸(C6HA)于水中，并稀釋至1L。1-3.消解劑過硫酸鉀的配制將25g過硫酸鉀(K2S208)溶解干水，并稀釋至1L。2.系統(tǒng)清洗2-1.啟動加熱器至11(TC，冷卻器恒溫在23'C。如圖l，將閥V4、V5、V6、V7均轉(zhuǎn)至A位，注射泵Pl和P2活塞同時退，吸液50秒，吸入液量約為注射泵容積的1/4。消解劑(過硫酸鉀)通過以下流路吸入泵P1內(nèi)消解劑貯瓶C—閥V4的1—2—泵P1。載流液RVc(維生素C溶液)通過以下流路吸入泵P2內(nèi)RVc—閥V6的6—7—泵P2。2-2.見圖2，泵P2停，泵P1繼續(xù)退，閥V4至B態(tài)，電磁閥V2的5、4通，5、6斷，電磁閥V3的接口2與接口1、3分別按1.5秒、l.O秒交替開通。其吸入過程的流路如下當V3的2與3相通時，流路為待測水樣S—閥V2的4—5—閥V3的3—2—閥V5的1—2—閥V4的3—2—注射泵P1;使貯液管內(nèi)進入一小段水樣S。當V3的2與1相通時，流路為消解劑貯瓶C—閥V3的1—2—閥V5的1—2—閥V4的3—2—注射泵Pl;使貯液管內(nèi)進入一小段消解液C。如此交替地將待測水樣和消解劑過硫酸鉀吸入貯液管內(nèi)。2-3.如圖3，閥V5、V6、V7轉(zhuǎn)至B態(tài)，將泵Pl和P2同時推進，清洗兩個流路。此兩流路分別為①泵Pl推進的流路為Pl—V4的2—3—貯液管一V5的2—3—加熱器一冷卻器一V7的6—7—V6的5—4—背壓管一V5的5—4—廢液管Wl。②泵P2推進的流路為P2—V6的7—8—V7的3—2—定量環(huán)LMo—V6的2—3—定量環(huán)Ls—V7的5—4—冷阱一流通池一廢液管W2。3.進樣83-1.如圖4,閥V4、V5、V6、V7均轉(zhuǎn)為A態(tài)，注射泵Pl和P2同時退，Pl吸135秒，從貯液瓶C吸入消解劑過硫酸鉀溶液；P2吸50秒，吸入載流液RVc(維生素C溶液)。消解劑吸入流路為消解劑貯瓶C—閥V4的1—2—泵Pl。3-2.停止泵P2;如圖5，閥V4轉(zhuǎn)至B態(tài)，電磁閥V2的5、4通，電磁閥V3的接口2與接口1、3分別按1.5秒、l.O秒交替開通，同時，泵P1退160秒，將水樣和過硫酸鉀交替吸入貯液管內(nèi)。過程的流路同2-2。3-3.如圖6，閥V5轉(zhuǎn)至B態(tài)，系統(tǒng)壓力保持0.75MPa，加熱器保持ll(TC，冷卻器和冷阱保持23°C;泵Pl向前推進，當泵Pl推進250300秒(該時間應(yīng)由消解水樣被推入定量環(huán)Ls1/2的時間點而定)后，啟動蠕動泵P3,使顯色劑RMo充滿定量環(huán)LMo，同時泵P1繼續(xù)推進，使消解的水樣充滿定量環(huán)Ls。過程的流路如下①泵P1推進的流路為Pl—V4的2—3—貯液管一V5的2—3—加熱器一冷卻器一V7的6—5—定量環(huán)Ls—V6的3—4—背壓管一V5的5—4—Wl。②蠕動泵P3推進的流路為顯色劑RMo—P3—V7的1—2—定量環(huán)LMo—V6的1—2—W3。過程①中，貯液管內(nèi)的水樣和消解劑的混合液被泵P1推動并相互擴散混合，進入加熱器高溫下產(chǎn)生消解反應(yīng)，水中的磷轉(zhuǎn)化為正磷酸根離子，經(jīng)消解的水樣經(jīng)冷卻器冷卻后流入定量環(huán)Ls，將定量環(huán)Ls充滿；過程②使顯色劑充滿定量環(huán)LMo。進樣完畢，停止泵P3。4.檢測如圖7，將閥V5、V6同時轉(zhuǎn)至B態(tài)，推進注射泵P2，載流液RVc注入以下流路P2—V6的7—8—V7的3—2—定量環(huán)LMo—V6的2—3—Ls—V7的5—4—冷阱一流通池一W2。檢測完畢后，泵P2推出多余的液體。流過流通池的液體由光電比色計測量并記錄液流中的鉬藍對660nm波長光吸收后透過光強度的變化值，獲得有相應(yīng)峰高和峰寬的響應(yīng)曲線，用峰高(或峰寬)與標樣的峰高(或峰寬)-濃度關(guān)系值比較，經(jīng)計算求得水樣中總磷值的含量。標樣B1和B2的光電電壓是預(yù)先測定的，檢測時，將閥V2調(diào)至5與6通，將閥V1的8與9通(測B1)或8與7通(測B2)，其余過程同上。根據(jù)已知磷濃度的標準液根據(jù)標樣Bl和B2測得的光電電壓V的峰高和峰寬的響應(yīng)曲線[見圖8(1)]，求得標樣B1和B2對應(yīng)的峰高值^、^，標定出峰高-濃度曲線[見圖8(2)]，然后根據(jù)該曲線，由樣品x測得的光電電壓K,的峰高值人，計算得出磷濃實施例2本系統(tǒng)用于低磷水質(zhì)的測試精確度試驗以已知磷含量的樣品l和樣品2作為試驗對象。采用加熱溫度ll(TC，Ls采樣環(huán)長度為200mm，載流液濃度為25g/L。按實施例1的方法測得標樣1和標樣2及樣品1和樣品2，分別測得基線、峰值、吸光度數(shù)值，并得到樣品1和樣品2的含磷量測試值，列于下表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例3本系統(tǒng)用于高磷水質(zhì)的測試精確度試驗為適應(yīng)、;則量較高濃度的水體，Ls采樣環(huán)長度采用150mm,其它條件同上。以已知磷含量樣品3和樣品4作為試驗對象，先采用標樣3和標樣4進行標定。測得數(shù)據(jù)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以上兩組實驗可知，本方法測得的樣品總磷濃度與樣品的實際濃度誤差極小，說明本系統(tǒng)用于水質(zhì)總磷分析可達到較高的精確度。權(quán)利要求1.流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，含有加熱器、冷卻器、光電流通池、消解劑貯液瓶，其特征是還含有輸送樣品的注射泵(P1)、輸送載流液的注射泵(P2)、輸送顯色劑的蠕動泵(P3)，其間通過毛細管路及多個轉(zhuǎn)換閥連成系統(tǒng)，各閥的連接關(guān)系如下三通閥(V4)設(shè)有接口(1)～(3)，接口(2)與接口(1)或(3)擇一相通，其中接口(2)連接注射泵(P1)，接口(1)連接消解劑貯液瓶(C)；五通閥(V5)設(shè)有接口(1)～(5)，接口(2)與接口(1)或(3)相通，接口(5)與(4)之間對應(yīng)為斷或通，其中，接口(1)與電磁閥(V3)的接口(2)連接，接口(2)與閥(V4)的接口(3)相連接，接口(3)與加熱器進口連接，接口(4)為消解后的廢液(W1)出口；八通閥(V6)設(shè)有接口(1)～(8)，其中，接口(2)與接口(1)或(3)相通，對應(yīng)為接口(4)與接口(3)或(5)相通；接口(7)與接口(6)或(8)相通，其中，接口(1)為顯色劑廢液(W3)出口，接口(4)與五通閥(V5)的接口(5)連有延長的背壓管，接口(6)是載流液(RVC)進口，接口(7)與注射泵(P2)相連接；七通閥(V7)設(shè)有接口(1)～(7)，接口(2)與接口(1)或(3)相通，對應(yīng)為接口(4)與接口(3)或(5)相通，接口(6)與接口(5)或(7)相通，其中，接口(1)與蠕動泵(P3)連接，接口(2)、(5)與八通閥(V6)的接口(2)、(3)分別連有毛細管定量環(huán)LMO、LS，接口(3)、(7)與八通閥(V6)的接口(8)、(5)分別相連，接口(4)與流通池入口相連接，接口(6)與冷卻器出口相連接；電磁閥(V1)設(shè)有接口(7)～(9)，電磁閥(V2)設(shè)有接口(4)～(6)，電磁閥(V3)設(shè)有接口(1)～(3)，各電磁閥中，接口(7)和(9)分別為標樣(B1)、(B2)進口，接口(4)為水樣(S)進口，接口(6)與接口(8)、接口(5)與接口(3)分別相連，接口(1)與消解劑貯瓶(C)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是所說的毛細管路是內(nèi)徑為0.5lmxn的透明聚氟材料管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是所說的五通閥(V5)的接口(5)與八通閥(V6)的接口(4)之間的背壓管的長度至少為45米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)管路上設(shè)有壓力傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是所說的五通閥(V5)的接口(2)與三通閥(V4)的接口(3)之間的毛細貯液管長度為5~12米。6.根據(jù)權(quán)利要求5所說的流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，其特征是所說的光電流通池設(shè)于控制恒溫的冷阱箱內(nèi)。全文摘要本發(fā)明涉及一種高壓流動注射水質(zhì)總磷分析系統(tǒng)，含有加熱器、冷卻器、光電流通池、消解劑貯液瓶、樣品注射泵、載流液注射泵、顯色劑蠕動泵，通過毛細管路及多個轉(zhuǎn)換閥連成系統(tǒng)，閥間連有貯液管、定量環(huán)及延長的背壓管，可通過閥的轉(zhuǎn)換改變系統(tǒng)的流路。本系統(tǒng)以流動注射的方式，使水樣及各種試劑在連續(xù)流動的系統(tǒng)中自動有序地完成鉬藍分光光度法測磷的各步驟，結(jié)構(gòu)簡單，檢測過程快速，操作簡便，定量精確，無氣泡干擾，檢測精度高，特別適用于地面水、污水和工業(yè)廢水中的總磷自動在線分析，從而實現(xiàn)對水質(zhì)磷含量的在線監(jiān)控制。文檔編號G01N21/77GK101320002SQ20081012281公開日2008年12月10日申請日期2008年7月1日優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日發(fā)明者洪陵成申請人:洪陵成