專利名稱：一種基于原子熒光光譜法的水中重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用原子熒光光譜原理在線監(jiān)測(cè)水中重金屬元素含量設(shè)備。
背景技術(shù)：
水體中有毒有害重金屬(如鉛、砷、鎘、汞等)的污染具有含量低、危害大的特點(diǎn)，特別是其在生物體內(nèi)易于累積，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)和人體健康存在著非常大的不利影響。為了及時(shí)準(zhǔn)確地反映和了解水體中重金屬的存在狀況并加以治理，對(duì)于這些重金屬元素的在線監(jiān)測(cè)近年來正逐漸受到重視。然而，目前重金屬的在線分析卻存在著不可回避的技術(shù)障礙，主要表現(xiàn)為
一、在線分析中采用最多的是可見分光光度法，這種方法具有技術(shù)成熟、結(jié)果穩(wěn)定和便于推廣的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)測(cè)綜合性污染指標(biāo)(如水中的總磷、總氮等)時(shí)取得了良好的實(shí)用效果。但將該方法應(yīng)用在單一的重金屬污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)時(shí)，會(huì)面臨最為突出的分析干擾問題。水體中普遍存在的干擾離子極有可能同加入的顯色劑反應(yīng)，從而造成體系中嚴(yán)重而復(fù)雜的光譜重疊現(xiàn)象。特別是當(dāng)目標(biāo)元素含量低，而干擾元素含量很高時(shí)，準(zhǔn)確的定量幾乎無法進(jìn)行。而在實(shí)驗(yàn)室中常用的分離或掩蔽等手段，雖然可以有效地去除干擾，但其操作過程復(fù)雜且針對(duì)性強(qiáng)，不適合由儀器自動(dòng)完成，而難于在線監(jiān)測(cè)設(shè)備中有效地采用；
二、為此，目前的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備普遍采用了電化學(xué)原理和方法進(jìn)行分析。利用電極或條件的選擇性，在很大程度上解決了干擾問題。但是，相對(duì)于其他分析方法而言，電化學(xué)法的穩(wěn)定性和重復(fù)性較差，尤其在面對(duì)潔凈程度較差的環(huán)境水樣時(shí)，由電極污染造成的漂移是不可避免的。另外，由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求的儀器維護(hù)率低，由于進(jìn)入儀器的樣品潔凈程度差，使電極的壽命受到明顯的影響，維修更換電極情況多，從而大大提高了設(shè)備的運(yùn)行成本；

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)背景，本發(fā)明提出了一種基于原子熒光光譜原理在線監(jiān)測(cè)水中重金屬元素含量的儀器設(shè)備。本發(fā)明的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的
一種水中重金屬的在線分析儀，其特征是該儀器由進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)三部分組成；
1)所述進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)，包括定量采樣支路、還原劑支路、載氣支路、混合池和汽液分離器，其中定量采樣支路包括依次由管路連接的三通切換閥(201)、蠕動(dòng)泵A(202)、電磁閥A (204)、定量環(huán)(205)和電磁閥B (206);還原劑支路設(shè)有蠕動(dòng)泵B (203);所述電磁閥B (206)、蠕動(dòng)泵B (203)及載氣支路分別與混合池(207)連通，混合池(207)又與氣液分離器(208)連通；
2)所述原子化系統(tǒng)，包括石英原子化器(210)和位于其上口部的電加熱絲(211)以及氣態(tài)氫化物導(dǎo)管(209);所述石英原子化器(210)經(jīng)氣態(tài)氫化物導(dǎo)管(209)與氣液分離器(208)相連；
3)所述光學(xué)系統(tǒng)，包括陰極燈、光電倍增管(303)、聚光透鏡A (304)和聚光透鏡B(305)。所述光學(xué)系統(tǒng)中
聚光透鏡A(304)水平位于高性能空心陰極燈(302)和石英原子化器(210)上口處火焰之間的光路上，聚光透鏡B (305)位于光電倍增管(303)與所述火焰之間的另一光路上，兩光路之間交叉設(shè)置。兩光路交叉的角度為90度。所述的進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)中所述載氣(103)為氬氣。與蠕動(dòng)泵A(202)連通的三通切換閥(201)，另外兩路分別連通標(biāo)準(zhǔn)液供給裝置和
載流液供給裝置。所述電磁閥A (204)的I位與電磁閥B (206)的2位之間經(jīng)定量環(huán)(205)連通；電磁閥A (204)的3位與電磁閥B (206)的3位連通，并連接廢流排放管；電磁閥A (204)的2位與蠕動(dòng)泵A(202)連通，電磁閥B(206)的I位與混合池(207)連通。所述陰極燈采用高性能空心陰極燈(302)。該系統(tǒng)還設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)(401 )，其中蠕動(dòng)泵A (202)、蠕動(dòng)泵B (203)、電磁閥A (204)，電磁閥B (206)、高性能空心陰極燈(302)及光電倍增管(303)的控制端分別與自動(dòng)控制系統(tǒng)相連。該系統(tǒng)還設(shè)有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(402)，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(402)和自動(dòng)控制系統(tǒng)(401)相連。本發(fā)明采用原子熒光光譜法的原理。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提出了基于原子熒光原理的重金屬在線監(jiān)測(cè)方法及儀器。原子熒光光譜法的基本原理是利用原子自身的特征譜線激發(fā)出特定波長(zhǎng)的熒光，利用熒光的強(qiáng)度定量，有效克服了分光光度法和電化學(xué)法在重金屬檢測(cè)方面的不足。其優(yōu)勢(shì)可以歸納為以下幾個(gè)方面
1.靈敏度高。原子熒光的強(qiáng)度與技法光源的強(qiáng)度成正相關(guān)，檢測(cè)方向?yàn)槠x入射光的方向(一般偏離角度是為90度)，因此幾乎是在無背景的情況下測(cè)定的，所以其靈敏度很聞;
2.譜線簡(jiǎn)單，具有良好的選擇性。由于每種產(chǎn)生原子都是在自身的特征譜線激發(fā)下才可產(chǎn)生熒光，所以共存元素原子在待測(cè)元素的特征譜線激發(fā)下產(chǎn)生熒光的概率極低，而且原子熒光的譜線相對(duì)簡(jiǎn)單，由光譜重疊所產(chǎn)生的干擾少，因此避免了樣品中共存元素的影響；
3.分析曲線的線性范圍寬。原子熒光法分析曲線的線性極佳，可達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)或以上，因此具有更廣泛的適應(yīng)性；
4.儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格適宜，便于大量推廣應(yīng)用。因?yàn)樵訜晒獾淖V線簡(jiǎn)單，因而不需要復(fù)雜昂貴的單色系統(tǒng)，可以通過采用適當(dāng)?shù)脑螂娐吩O(shè)計(jì)形成無散射原子熒光在線監(jiān)測(cè)儀，具有性能和價(jià)格的雙重優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，光譜法的穩(wěn)定性、可靠性以及相關(guān)設(shè)備的簡(jiǎn)單耐用等特點(diǎn)，都使原子熒光法成為一種非常實(shí)用且應(yīng)用前景極佳的重金屬在線監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明利用原子熒光光譜建立了水中重金屬的在線監(jiān)測(cè)儀器，利用某種具體元素原子的特征譜線誘導(dǎo)熒光，最大限度地克服了重金屬測(cè)定普遍存在的干擾問題，且靈敏度優(yōu)于其他方法，儀器性能穩(wěn)定，是一種具有潛力的重金屬在線分析設(shè)備。當(dāng)水中含有多種重金屬元素時(shí)，由于每種產(chǎn)生原子都是在自身的特征譜線激發(fā)下才可產(chǎn)生熒光，所以共存元素原子在待測(cè)元素的特征譜線激發(fā)下產(chǎn)生熒光的概率極低，避免了樣品中共存元素的影響。


附圖1 :本發(fā)明所述的基于原子熒光法的重金屬在線監(jiān)測(cè)儀組成原理圖。101:標(biāo)準(zhǔn)樣品或水樣，102 :載流液，103 :還原劑，104 :載氣，105 :廢液；106 :廢液 201 :三通切換閥，202 :蠕動(dòng)泵A，203 :蠕動(dòng)泵B，204 :電磁閥A，205 :定量環(huán)，206 :電磁
閥B, 207 :混合池,208 :氣液分離器,209 :氣態(tài)氫化物導(dǎo)管 210 :石英原子化器，211 :電加熱絲；
301 :氫火焰，302 :高性能空心陰極燈，303 :光電倍增管，304 :聚光透鏡A，
305 :聚光透鏡B，306 :激發(fā)光，307 :發(fā)射熒光；
401 :自動(dòng)控制系統(tǒng)，402 :數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。附圖2 :應(yīng)用原子熒光重金屬在線儀器，在實(shí)施例1的條件步驟下測(cè)得的水中Cd的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。實(shí)施例1
以構(gòu)建的原子熒光法重金屬在線監(jiān)測(cè)儀測(cè)定水中的Cd (鎘)，其具體過程如下
1、清洗如圖1中，三通切換閥(201)與載流液(102)連通，電磁閥A(204)的I位和2位連通，電磁閥B(206)的I位和2位連通，蠕動(dòng)泵A(202)啟動(dòng)將載流液吸入定量環(huán)(205)并流入混合池(207)、氣液分離器(208)，同時(shí)蠕動(dòng)泵B(203)啟動(dòng)，將還原劑NaBH4 (硼氫化鈉)吸入管路并流入混合池,并經(jīng)氣液分離器208的廢流排放出口排放掉，完成對(duì)管路的清洗；
2、采樣三通切換閥(201)與樣品(101)連通，電磁閥A(204)的I位和2位連通，電磁閥B (206)的2位和3位連通，蠕動(dòng)泵A (202)啟動(dòng)將樣品吸入定量環(huán)(205)后，多余樣品經(jīng)電磁閥B(206)的2位至3位從廢液管(105)排出；之后三通切換閥(201)與載流液(102)連通，電磁閥A (204)的2位和3位連通，蠕動(dòng)泵A (202)將載流液吸入后，多余的載流液經(jīng)電磁閥A (204)的2位至3位從廢液管(105)排出，完成對(duì)樣品的定量采樣過程；
3、樣品反應(yīng)三通切換閥(201)與載流液(102)連通，電磁閥A(204)的I位和2位連通，電磁閥B(206)的I位和2位連通，蠕動(dòng)泵A(202)啟動(dòng)將貯存于定量環(huán)(205)中的樣品推送至混合池(207)，同時(shí)啟動(dòng)蠕動(dòng)泵B (203)并打開載氣(104)，樣品和NaBH4于混合池中混合并快速反應(yīng)，生成的CdH2中間體由氬氣帶入氣液分離器中；
4、重金屬原子化=CdH2中間體極不穩(wěn)定，很快分解為Cd原子和氫氣，被氬氣攜帶經(jīng)導(dǎo)管(209)進(jìn)入石英原子化器(210)中，氫氣在石英原子化器(210)的頂端燃燒形成氫火焰(301)； 5、光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)來自于鎘元素高性能空心陰極燈(302)(陰極燈與待測(cè)重金屬元素相對(duì)應(yīng))的228. 80 nm譜線(306)經(jīng)過聚光透鏡A (304)的會(huì)聚照射到氫火焰(301)上，氫火焰中存在的Cd原子被激發(fā)，發(fā)出熒光(307)經(jīng)聚光透鏡B(305)后被光電倍增管(303)接收，形成正比于突光強(qiáng)度的光電流。實(shí)施例二
本發(fā)明的原子熒光法重金屬在線監(jiān)測(cè)儀還設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)401和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)402。實(shí)施例一中由自動(dòng)控制系統(tǒng)401控制空心陰極燈302的調(diào)制頻率(200Hz)、占空t匕(1:5)以及空心陰極燈的燈電流，預(yù)熱和點(diǎn)亮?xí)r間。同時(shí)控制光電倍增管303的采樣時(shí)間。光電倍增管303產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(402)調(diào)理和放大后，換算為樣品中Cd元素的含量，并最終由自動(dòng)控制系統(tǒng)(401)完成數(shù)據(jù)的顯示、記錄和傳遞等。實(shí)施例三
采用實(shí)施I的方法，測(cè)定水中Cd的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如圖2所示，由圖2可見，本發(fā)明原子熒光法分析曲線的線性極佳，可達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)或以上，儀器靈敏度，具有廣泛的適應(yīng)性。
權(quán)利要求
1.一種水中重金屬的在線分析儀，其特征是該儀器由進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)三部分組成； 1)所述進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)，包括定量采樣支路、還原劑支路、載氣支路、混合池和汽液分離器，其中定量采樣支路包括依次由管路連接的三通切換閥(201)、蠕動(dòng)泵A(202)、電磁閥A(204)、定量環(huán)(205)和電磁閥B(206);還原劑支路設(shè)有蠕動(dòng)泵B(203);所述電磁閥B (206)、蠕動(dòng)泵B (203)及載氣支路分別與混合池(207)連通，混合池(207)又與氣液分離器(208)連通； 2)所述原子化系統(tǒng)，包括石英原子化器(210)和位于其上口部的電加熱絲(211)以及氣態(tài)氫化物導(dǎo)管(209);所述石英原子化器(210)經(jīng)氣態(tài)氫化物導(dǎo)管(209)與氣液分離器(208)相連； 3)所述光學(xué)系統(tǒng)，包括陰極燈、光電倍增管(303)、聚光透鏡A(304)和聚光透鏡B(305)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是所述光學(xué)系統(tǒng)中 聚光透鏡A(304)水平位于高性能空心陰極燈(302)和石英原子化器(210)上口處火焰之間的光路上，聚光透鏡B (305)位于光電倍增管(303)與所述火焰之間的另一光路上，兩光路之間交叉設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是兩光路交叉的角度為90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水中重金屬的在線分析儀，其特征是所述的進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)中所述載氣(103)為氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是與蠕動(dòng)泵A(202)連通的三通切換閥(201)，另外兩路分別連通標(biāo)準(zhǔn)液供給裝置和載流液供給裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是所述電磁閥A(204)的I位與電磁閥B (206)的2位之間經(jīng)定量環(huán)(205)連通；電磁閥A (204)的3位與電磁閥B (206)的3位連通，并連接廢流排放管；電磁閥A (204)的2位與蠕動(dòng)泵A (202)連通，電磁閥B(206)的I位與混合池(207)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是所述陰極燈采用高性能空心陰極燈(302)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是該系統(tǒng)還設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)(401)，其中蠕動(dòng)泵A (202)、蠕動(dòng)泵B (203)、電磁閥A (204)，電磁閥B (206)、高性能空心陰極燈(302)及光電倍增管(303)的控制端分別與自動(dòng)控制系統(tǒng)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是.該系統(tǒng)還設(shè)有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(402)，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(402)和自動(dòng)控制系統(tǒng)(401)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中重金屬在線分析儀，其特征在于采用原子熒光光譜法的原理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于原子熒光光譜的水中重金屬元素在線監(jiān)測(cè)儀。包括進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)。進(jìn)樣-反應(yīng)系統(tǒng)將水樣或標(biāo)準(zhǔn)溶液定量引入儀器并與還原劑反應(yīng)生成氣態(tài)的重金屬氫化物，由載氣攜帶經(jīng)過水汽分離后進(jìn)入原子化系統(tǒng)，于合適溫度下氣態(tài)氫化物分解為金屬原子，在光學(xué)系統(tǒng)特定波長(zhǎng)激發(fā)光的激發(fā)作用下，氣態(tài)金屬原子產(chǎn)生共振或非共振熒光，通過對(duì)熒光強(qiáng)度的測(cè)量，獲得重金屬元素的定量結(jié)果。本發(fā)明充分利用了原子熒光光譜分析原理的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了水中重金屬元素高靈敏度快速的在線監(jiān)測(cè)并最大限度地避免了分析干擾問題。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103018227SQ20121057753
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者王建偉, 洪陵成 申請(qǐng)人:江蘇德林環(huán)保技術(shù)有限公司