一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置及測試方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置及測試方法，涉及水質檢測技術，其中：氣液分離單元包括一碗狀水槽、一槽蓋、一蠕動泵、一四通閥、及連接導管；蠕動泵的一端口經第一連接導管連接水槽，另一端口經第二連接導管連接四通閥一端口；光學檢測單元包括一氣室、至少一光源、至少一光探測器、至少一氨氣敏感元件；光源位于氣室內側壁，光探測器位于氣室另一內側壁，與光源正對；氨氣敏感元件位于光源和光探測器中間，上端固接于氣室內頂壁，在光源的光路上，使光源光垂直透過氨氣敏感元件后被光探測器接收；信號處理芯片輸出端電連接于后續設備。本發明專利技術裝置結構簡單，體積小，測試范圍寬，氨氣敏感元件可重復使用，適合現場快速檢測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水質檢測
，是一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，能夠對待測水樣中的氨氮含量進行現場快速準確測定。
技術介紹
水中氨氮主要以游離氨和銨鹽兩種形式存在，其主要來源為生活污水中含氮有機物受微生物作用的分解產物、某些工業廢水，如制革業廢水、焦化廢水和合成氨化肥廠廢水、農田排水、養殖水中過剩飼料和魚、蝦大量排泄物的累積及過度施肥等。此外，在無氧環境中，水中存在的亞硝酸鹽亦可受微生物作用，還原為氨。水中氨氮的危害性大。游離氨是引起水生生物毒害的主要因素，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨水體堿性的增強而增大。氨氮毒性與水體PH值及水溫有密切關系，一般情況，溫度和PH值愈高，毒性愈強。關于游離氨的毒性作用一般認為非游離氨滲入生物體內，降低血液的載氧能力，使生物呼吸機能下降，其主要侵襲機體粘膜，其次是神經系統。除此之夕卜，氨氮作為水體營養鹽污染物，在水體中含量較高時會導致水質惡化，生態系統失衡，弓丨發富營養化危害。導致藻類和微生物的大量繁殖，水中的溶解氧過度消耗，復氧速率明顯小于耗氧效率，最終導致魚類大量的死亡，甚至出現湖泊的干涸滅亡。由于氨氮的上述危害，對工業廢水、生活污水、地下水、水庫水廠江河湖泊等水體中進行氨氮含量的現場快速準確檢測十分重要。根據水中氨氮含量的即時數據以采取相應的措施，確保江河湖泊以及企業廢水排放的氨氮含量在安全指標以內。目前，水質氨氮測定的方法主要有納氏試劑比色法，水楊酸-次氯酸鹽比色法、氨氣敏電極法、中和滴定法，氣相分子吸收光譜法，氨氣回收測定法。其中前兩種方法已成為《國家環境保護標準》水質中氨氮測定的標準方法。可是，這些現有氨氮檢測方法仍然存在缺陷。例如，納氏試劑比色法、水楊酸-次氯酸鹽比色和中和滴定法使用試劑較多，操作繁瑣，水樣需預處理，測試時間長，不適合現場快速檢測等不足之處，而且前兩種比色法還需使用大型分光光度計；氨敏電極法雖然不需水樣預處理，但電極結構復雜，穩定性差，易受干擾，需要頻繁校準；氣相分子吸收光譜法需要使用價格昂貴的光譜儀，而且需要較長的光路以保證較高靈敏度，因此不易于檢測儀器的小型化和便攜式，從而使得這方種法不適合現場檢測；氨氣回收測定法利用純水吸收水樣堿化釋放的氨氣，然后添加酸堿指示劑測定純水吸收氨氣后的吸光度，這種方法也存在操作繁瑣，設備復雜等缺點。除了上述常規的檢測方法外，近年來還出現了用于水質氨氮檢測的試劑條和試劑盒，這些簡易方法雖然檢測速度快，但準確性差，不適合定量測定。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，結構簡單、操作簡便、體積小、重量輕、便于攜帶、靈敏高、量程寬，可取代現有同類大型設備，實現對不同水環境的氨氮含量的現場快速準確測定。為實現上述目的，本專利技術的技術解決方案是:—種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其包括一氣液分離單元，一光學檢測單元，一信號處理芯片；其中:氣液分離單元包括一碗狀水槽、一槽蓋、一蠕動泵、一四通閥、及連接導管；蠕動泵的一端口經第一連接導管連接水槽，另一端口經第二連接導管連接四通閥一端口 ；光學檢測單元包括一碗狀氣室、至少一光源、至少一光探測器、至少一氨氣敏感元件；光源位于氣室內側壁，光探測器位于氣室另一內側壁，與光源正對；氨氣敏感元件位于光源和光探測器中間，上端固接于氣室內頂壁，在光源的光路上，使光源光垂直透過氨氣敏感元件后被光探測器接收；水槽在下、氣室在上，水槽開口與氣室開口密封對接，中間水平固設槽蓋，槽蓋上設有多個微小通孔，使水槽和氣室內的氣體可以相互擴散；四通閥的另三個端口一個連接氣室，一個連接導液管，一個懸空備用；導液管另一端與待測水樣或添加液容器相通連，用于把待測水樣或添加液注入、排出水槽；光探測器輸出與外部的信號處理芯片輸入端電連接，信號處理芯片輸出端電連接于后續設備。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氣室由金屬、黑色塑料的不透光材料制成；水槽、槽蓋和四通閥由有機玻璃、聚四氟乙烯耐堿材料制成，其中，槽蓋使用不透光材料。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氨氣敏感元件，包括不透光夾具、透光且遇氨氣發生顏色變化的敏感膜片，不透光夾具的兩夾臂中心各開有一個通孔，兩通孔相對，氨氣敏感膜片平整地置于兩夾臂中間凹槽內，并完全遮住兩夾臂上的通孔；不透光夾具兩夾臂上開的通孔，分別正對光源、光探測器，使光源光經相對的通孔穿過氨氣敏感膜片后，照射在光探測器接收端。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氨氣敏感膜片，為多孔結構，用多孔玻璃、多孔濾紙或多孔聚合物其中之一制作，孔內有可與氨氣在常溫常壓下反應變色的化學物質:聚苯胺、百里酚藍、溴百里酚藍其中之一。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述添加液，為濃度不低于I摩爾/升的NaOH或KOH水溶液。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述水槽底壁上開有一通孔，通孔與第一連接導管的一端密封連接，第一連接導管的另一端與蠕動泵一端口密封連接，蠕動泵另一端口經第二連接導管與四通閥一端口密封連接。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氣室內頂壁上開有一通孔，通孔經第三連接導管與四通閥一端口密封連接，使氣室內的空氣通過四通閥和蠕動泵被往復泵入水槽或氣室內；氣室內側壁上設有凹槽，以固定光源、光探測器，光源和光探測器穿過氣室壁的電連接處用膠密封；氣室內頂壁上設有固定座，氨氣敏感元件的不透光夾具上端位于固定座中固接，氨氣敏感兀件垂直向下，位于光源的光路上。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述蠕動泵，為雙向蠕動泵。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述導液管，為硅橡膠或聚四氟乙烯材料制作，用于注入和排出待測水樣或添加液；調節四通閥并開啟蠕動泵后，正向轉動時，待測水樣或添加液能被注入水槽，反轉時，蠕動泵使待測水樣或添加液排出水槽。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述光源，其發射波長位于氨氣敏感元件變色后產生的吸收光譜范圍內；光探測器，為對光源發出的光敏感的光電二極管或光電池，該探測器的輸出電信號與照射在光探測器上的光強度呈線性關系。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其在同一氣室內，設置一光學檢測通道和一光學參比通道，光學檢測通道由一光源、一光探測器和一氨氣敏感元件組成，光學參比通道由一光源、一光探測器、和一參比元件組成，參比元件與氨氣敏感元件結構相同，區別僅在于參比元件的多孔膜片孔內沒有添充可與氨氣反應變色的化學物質而敏感元件的多孔膜片孔內添充有可與氨氣反應變色的化學物質。對光學參比通道的光探測器輸出信號和光學檢測通道的光探測器輸出信號進行差分測量。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其在同一氣室內，設置多個光源、多個光探測器、多個氨氣敏感元件，每一光源、一光探測器、一氨氣敏感元件構成一個光學檢測通道，由此構成多個光學檢測通道，每個檢測通道的氨氣敏感元件中的敏感膜片厚度不同，由此擴展檢測裝置對水質氨氮的測量范圍，實現多精度、多量程檢測。所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所屬蠕動泵和四通閥在采用手動取液代替自動取液的情況下可以被一微型氣泵取代。微型氣泵進氣口經第一連接導管與氣室內頂壁通孔密封連接，微型氣泵出氣口與經第三連接導管與水槽底壁通孔密封連接。氣室內的空氣通過微型氣泵被往復泵入水槽內。手動取液使用注射器完成。注液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，包括一氣液分離單元，一光學檢測單元，一信號處理芯片；其中：氣液分離單元包括一碗狀水槽、一槽蓋、一蠕動泵、一四通閥、及連接導管；蠕動泵的一端口經第一連接導管連接水槽，另一端口經第二連接導管連接四通閥一端口；光學檢測單元包括一氣室、至少一光源、至少一光探測器、至少一氨氣敏感元件；光源位于氣室內側壁，光探測器位于氣室另一內側壁，與光源正對；氨氣敏感元件位于光源和光探測器中間，上端固接于氣室內頂壁，在光源的光路上，使光源光垂直透過氨氣敏感元件后被光探測器接收；水槽在下、氣室在上，水槽開口與氣室開口密封對接，中間水平固設槽蓋，槽蓋上設有多個微小通孔，使水槽和氣室內的氣體可以相互擴散；四通閥的另三個端口一個連接氣室，一個連接導液管，一個懸空備用；導液管另一端與待測水樣或添加液容器相通連，用于把待測水樣或添加液注入、排出水槽；光探測器輸出與外部的信號處理芯片輸入端電連接，信號處理芯片輸出端電連接于后續設備。

【技術特征摘要】
1.一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，包括一氣液分離單元，一光學檢測單元，一信號處理芯片；其中: 氣液分離單元包括一碗狀水槽、一槽蓋、一蠕動泵、一四通閥、及連接導管；蠕動泵的一端口經第一連接導管連接水槽，另一端口經第二連接導管連接四通閥一端口 ； 光學檢測單元包括一氣室、至少一光源、至少一光探測器、至少一氨氣敏感元件；光源位于氣室內側壁，光探測器位于氣室另一內側壁，與光源正對；氨氣敏感元件位于光源和光探測器中間，上端固接于氣室內頂壁，在光源的光路上，使光源光垂直透過氨氣敏感元件后被光探測器接收； 水槽在下、氣室在上，水槽開口與氣室開口密封對接，中間水平固設槽蓋，槽蓋上設有多個微小通孔，使水槽和氣室內的氣體可以相互擴散； 四通閥的另三個端口一個連接氣室，一個連接導液管，一個懸空備用；導液管另一端與待測水樣或添加液容器相通連，用于把待測水樣或添加液注入、排出水槽； 光探測器輸出與外部的信號處理芯片輸入端電連接，信號處理芯片輸出端電連接于后續設備。2.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述氣室由金屬或黑色塑料不透光材料制成；水槽、槽蓋和四通閥由有機玻璃或聚四氟乙烯耐堿材料制成；其中，槽蓋使用不透光材料。3.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述氨氣敏感元件，包括不透光夾具或透光且遇 氨氣發生顏色變化的敏感膜片，不透光夾具的兩夾臂中心各開有一個通孔，兩通孔相對，氨氣敏感膜片平整地置于兩夾臂中間凹槽內，并完全遮住兩夾臂上的通孔； 不透光夾具兩夾臂上開的通孔，分別正對光源、光探測器，使光源光經相對的通孔穿過氨氣敏感膜片后，照射在光探測器接收端。4.按權利要求1或3所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述氨氣敏感膜片，為多孔結構，用多孔玻璃、多孔濾紙或多孔聚合物制作，孔內有可與氨氣在常溫常壓下反應變色的化學物質:聚苯胺、百里酚藍或溴百里酚藍。5.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述添加液，為濃度不低于I摩爾/升的NaOH或KOH水溶液。6.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述水槽底壁上開有一通孔，通孔與第一連接導管的一端密封連接，第一連接導管的另一端與蠕動泵一端口密封連接，蠕動泵另一端口經第二連接導管與四通閥一端口密封連接。7.按權利要求1或3所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述氣室內頂壁上開有一通孔，通孔經第三連接導管與四通閥一端口密封連接，使氣室內的空氣通過四通閥和蠕動泵被往復泵入水槽內；氣室內側壁上設有凹槽，以固定光源、光探測器，光源和光探測器穿過氣室壁的電連接處用膠密封；氣室內頂壁上設有固定座，氨氣敏感元件的不透光夾具上端位于固定座中固接，氨氣敏感元件垂直向下，位于光源的光路上。8.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述蠕動泵為雙向蠕動泵。9.按權利要求1所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其特征在于，所述導液管，為硅橡膠或聚四氟乙烯材料制作，用于注入和排出待測水樣或添加液；調節四通閥并開啟蠕動泵后；正向...

【專利技術屬性】
技術研發人員：祁志美，要彥清，夏善紅，
申請(專利權)人：中國科學院電子學研究所，
類型：發明
國別省市：