測(cè)量水體化學(xué)需氧量的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境水體在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種通過以大功率紫外LED燈為光源的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，C0D)，是在一定的條件下，采用一定的氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量，折算成水體所需氧氣的濃度(mg/L)。它是表示水體受還原性物質(zhì)污染程度的一個(gè)指標(biāo)。是世界各國對(duì)水體監(jiān)測(cè)的必測(cè)指標(biāo)。
[0003]目前國內(nèi)外對(duì)水體COD的檢測(cè)，主要是鉻法(GB11914-1989)，錳法(GB11892-1989)和紫外-可見分光光度法(HJ/T399 2007)。鉻法主要應(yīng)用于高污染水，工業(yè)廢水檢測(cè)，錳法和紫外-可見分光度法主要應(yīng)用地表水，飲用水等低污染水體檢測(cè)。目前以鉻法為主要檢測(cè)方法。其原理是在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液，并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽作催化劑，含氯離子時(shí)，加入硫酸汞掩蔽，經(jīng)高溫消解回流后，以試亞鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。
[0004]鉻法檢測(cè)方法耗時(shí)長，通常2-3小時(shí)，使用強(qiáng)酸為底液，如硫酸，以重金屬鹽，如硝酸銀，硫酸汞作為催化劑和掩蔽劑，試液體積50-100毫升，消解溫度高，一般在150-175°C，最后采用氧化-還原滴定方法確定分析終點(diǎn)，相對(duì)誤差比較大，通常在2-3%。
[0005]錳法的原理是利用高錳酸鉀在60_80°C環(huán)境中對(duì)水體中的還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化，多余的高錳酸鉀用草酸鈉還原，剩余的草酸鈉再用高錳酸鉀滴定，通過實(shí)際消耗的高錳酸鉀計(jì)算水體的COD值。錳法因?yàn)橄鉁囟鹊陀阢t法，所以消解程度不充分，所得COD準(zhǔn)確性差。
[0006]紫外-可見分光光度法是根據(jù)水體中多種有機(jī)物和部分無機(jī)物對(duì)紫外-可見光有特征吸收，利用波長吸光度與COD值的關(guān)系進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的方法。其優(yōu)點(diǎn)在于其室溫在線檢測(cè)。但由于實(shí)際水體中成分復(fù)雜，多樣，光譜數(shù)據(jù)與COD之間線性范圍很窄，非線性關(guān)系很難進(jìn)行定量描述。加之受溶液朗伯比爾定律限制，只能對(duì)稀溶液進(jìn)行檢測(cè)，而且檢測(cè)受多重因素，如PH值，膠體，乳狀液，懸浮液存在的影響。因此，紫外-可見分光光度法測(cè)量的COD值準(zhǔn)確度不高，可檢測(cè)的水體范圍窄。一般只用于COD小于200mg/L的有固定組成水體的檢測(cè)。
[0007]納米TiC>2材料，包括納米顆粒[Yoon-ChangKim, Kyong-Hoon Lee , SatoshiSasaki, Kazuhito Hashimoto，Kazunori Ikebukuro，and Isao Karube，Anal.Chem.72 (2000) 3379-3382]，納米管[Jan M.Macakj Martin Zlamal，Josef Krysa, andPatrik Schmuki，Small 3 (2007) 300-304]，納米纖維[Qinghui Mu, Yaoganng Li，Qinghong Zhang, Hongzhi Wang, Sensors and Actuators B，155 (2011) 804-809]，納米薄膜[Junshui Chena，b，Jidong Zhanga ,b, Yuezhong Xiana, Xiangyang Yinga,Meichuan Liuaj Litong Jinaj Water Research 39 (2005) 1340-1346]等在紫外光照射下應(yīng)用于污水處理和COD檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟D [Xiaobo Chen and Samuel S.Mao，Chem.Rev.2007，107，2891-2959]通過將這些納米T12納米材料擔(dān)載在導(dǎo)電的固體電極上制成的T12納米電極可作為檢測(cè)COD的三電極系統(tǒng)中的工作電極。其余的兩個(gè)電極分別是Ag/AgCl參比電極和Pt對(duì)電極。
[0008]環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展趨勢(shì)是從目前人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析為主向自動(dòng)化智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測(cè)方向發(fā)展。環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器將向多功能，網(wǎng)絡(luò)化，自動(dòng)化，集成化，系統(tǒng)化和智能化的方面發(fā)展。
[0009]大功率紫外LED燈，對(duì)紫外光透明的高分子材質(zhì)電解池，在紫外光照射下可高效產(chǎn)生羥基自由基的T i O 2納米材料電極，小型恒電位儀，小型蠕動(dòng)栗和微型電磁閥技術(shù)的發(fā)展為研制小型，自動(dòng)化COD在線監(jiān)測(cè)儀提供了基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種測(cè)量水體化學(xué)需氧量的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀，以一種對(duì)紫外光透明的高分子聚合物制成的電解池，在紫外光照射下可高效產(chǎn)生羥基自由基的Ti02納米材料電極為工作電極，以小型恒電位儀為測(cè)量電路電流測(cè)量和偏電壓控制器，小型蠕動(dòng)栗作為系統(tǒng)液體流路動(dòng)力源和以微型電磁閥作為流向控制器，通過液體管線在小型蠕動(dòng)栗，電解池，微型電磁閥不同端口之間的連接實(shí)現(xiàn)儀器管路清洗，檢測(cè)過程中試液循環(huán)照射，廢液排出和管路清洗的全過程自動(dòng)化，以及對(duì)紫外光源、三電極系統(tǒng)和流路系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集與處理模塊制作出一款小型，自動(dòng)化在線COD監(jiān)測(cè)儀。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種測(cè)量水體化學(xué)需氧量的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀，包括對(duì)紫外光透明的電解池，電解池中設(shè)置有參比電極、對(duì)電極和T i O2納米材質(zhì)的工作電極，所述參比電極與對(duì)電極平行設(shè)置在工作電極的同一側(cè)，參比電極、對(duì)電極和工作電極連接到恒電位儀，所述電解池位于工作電極一側(cè)上端設(shè)置有入液口、外部設(shè)置有大功率的LED紫外燈，電解池位于工作電極另一側(cè)下端設(shè)置有出液口。
[0012]進(jìn)一步的，還包括有試液池、沖洗液池和廢液池，所述試液池連通到第三電磁閥C端口，所述沖洗液池連通到第三電磁閥A端口，所述第三電磁閥B端口連通到第二電磁閥A端口，第二電磁閥B端口連通有第二蠕動(dòng)栗，第二蠕動(dòng)栗另一端連接到所述入液口，第二電磁閥C端口連通到第一電磁閥C端口，第一電磁閥B端口連接有第一蠕動(dòng)栗，第一蠕動(dòng)栗連接到所述出液口，所述第一電磁閥A端口連通至所述廢液池。
[0013]優(yōu)選的，所述LED紫外燈連接有散熱器，散熱器上設(shè)置有風(fēng)扇。
[0014]進(jìn)一步的，所述參比電極和所述對(duì)電極呈圓柱體，所述工作電極為一薄板，所述參比電極和所述對(duì)電極軸線在同一平面內(nèi)，所述工作電極與該平面平行。
[0015]進(jìn)一步的，所述工作電極下部開設(shè)有一矩形開口。
[0016]優(yōu)選的，所述工作電極與電解池內(nèi)壁距離保持在0.8毫米。
[0017]優(yōu)選的，所述電解池上連接有上蓋，所述參比電極、對(duì)電極和工作電極連接在所述上蓋上。
[0018]進(jìn)一步的，還包括系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊，所述系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊連接有LED紫外燈控制模塊、所述恒電位儀、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、蠕動(dòng)栗驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。
[0019]進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊連接有電源管理模塊，所述電源管理模塊分別給所述LED紫外燈控制模塊、所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、所述蠕動(dòng)栗驅(qū)動(dòng)模塊和所述通信模塊供電。
[0020]優(yōu)選的，所述LED紫外燈控制模塊包括PMOS開關(guān)、前置低通濾波器、恒流恒壓控制器、電壓反饋器、穩(wěn)壓器、后置低通濾波器。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用大功率紫外LED光源和高效散熱結(jié)構(gòu)，納米T12工作電極和小型蠕動(dòng)栗和微型電磁閥，實(shí)現(xiàn)了小型化，快速，自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)，每次分析所需試液體積小。不產(chǎn)生二次污染。適用于現(xiàn)場(chǎng)和在線監(jiān)測(cè)，也可以用于實(shí)驗(yàn)室分析使用。
[0022]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
【附圖說明】
[0023]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1a為電解池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1;
圖1b為電解池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2;
圖2為自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀原理示意圖；
圖3為控制系統(tǒng)原理不意圖圖；
圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，對(duì)不同濃度COD標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，5分鐘內(nèi)獲得的光電流隨時(shí)間變化圖；
圖5為為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，對(duì)不同濃度COD標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，所獲得的檢測(cè)值對(duì)理論值圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0025]參照?qǐng)Dla、圖1b所示，一種測(cè)量水體化學(xué)需氧量的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀，包括對(duì)紫外光透明的電解池I，電解池I中設(shè)置有參比電極101、對(duì)電極102和Ti02納米材質(zhì)的工作電極103，所述參比電極101與對(duì)電極102平行設(shè)置在工作電極103的同一側(cè)，參比電極101、對(duì)電極102和工作電極103連接到恒電位儀2，所述電解池I位于工作電極103—側(cè)上端設(shè)置有入液口 104、外部設(shè)置有大功率的LED紫外燈3，LED紫外燈3連接有散熱器301，散熱器301上設(shè)置有風(fēng)扇302 ο電解池I位于工作電極103另一側(cè)下端設(shè)置有出液口 105。
[002