專利名稱：一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的方法及其檢測器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光催化化學(xué)發(fā)光原理測定水體化學(xué)需氧量的方法及其檢測器件。
背景技術(shù)：
化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，簡稱COD)是評(píng)價(jià)水體污染的重要指標(biāo)之一，是水質(zhì)監(jiān)測分析中最常規(guī)測定的項(xiàng)目。而目前常規(guī)測定COD的方法仍然存在許多弊端如分析時(shí)間過長，消耗昂貴的(Ag2SO4)，有毒的(HgSO4)試劑，對(duì)操作者實(shí)驗(yàn)技能要求高等。因此建立一種簡單，快速的COD測定方法意義重大。近年來，光催化降解有機(jī)物的方法引起了人們的極大關(guān)注。分析工作者們已經(jīng)開始把光催化引入到分析領(lǐng)域中來。最近，澳洲分析工作者提出了一種紫外光催化電化學(xué)原理的COD測定方法，但該方法存在電極容易受到污染、重現(xiàn)性差等因素的影響，很難具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明專利的核心技術(shù)在于利用紫外燈所發(fā)射出的紫外光對(duì)水體中的有機(jī)污染物進(jìn)行光催化處理，經(jīng)光照射處理后的溶液與發(fā)光試劑魯米諾混合產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，該化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與溶液COD成一定線性關(guān)系，利用該原理可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體COD的檢測。該方法是一種簡單、快速、靈敏的測定化學(xué)需氧量的新方法。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，利用光催化處理后的水樣與魯米諾反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光這一原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中的化學(xué)需氧量的測定方法尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的方法及其檢測器件。其特征在于所述光催化化學(xué)發(fā)光測定水體COD的檢測器件，其構(gòu)成為傳輸水樣和發(fā)光試劑的蠕動(dòng)泵、內(nèi)置紫外燈的密閉石英管以及纏繞于該石英管外壁上的光催化反應(yīng)管路和紫外燈冷凝水循環(huán)流路三者所構(gòu)成的光催化反應(yīng)器件、化學(xué)發(fā)光流通池、檢測發(fā)光信號(hào)的光電檢測器件、以及與光電檢測器件相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述測定水樣COD的方法是利用紫外光對(duì)水樣中的有機(jī)物具有光催化降解作用，產(chǎn)生的自由基或別的活性中間體與發(fā)光試劑魯米諾(Luminol)能產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)發(fā)光這一特性，對(duì)水樣的COD進(jìn)行測定。
其檢測過程是首先開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈以及冷凝循環(huán)水，水樣溶液由蠕動(dòng)泵以0.1-1.5mL/min的流速傳輸?shù)焦獯呋磻?yīng)器中，并在光催化反應(yīng)器中停留0-3min，發(fā)光試劑魯米諾溶液由另一蠕動(dòng)泵以0.1-1.5mL/min的流速輸入，與經(jīng)紫外光光照后的水樣溶液混合后進(jìn)入到流通池，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，光信號(hào)由光電檢測器檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。取二次蒸餾水按照上述檢測過程做空白實(shí)驗(yàn)。水樣產(chǎn)生的光信號(hào)與空白試樣的光信號(hào)差值與被分析溶液的濃度及理論COD值均成線性變化。
所述的光催化反應(yīng)器件構(gòu)成為中心為紫外燈，紫外燈放置于密閉石英玻璃管中，該密閉石英管外圍纏繞石英材質(zhì)(或透明聚四氟乙烯材質(zhì))的光催化反應(yīng)管路，然后將密閉石英管及其外圍纏繞的反應(yīng)管路放置于冷卻循環(huán)水的玻璃容器中。
本發(fā)明的有益效果是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中的化學(xué)需氧量(COD)快速檢測。其主要特點(diǎn)就是可以對(duì)水體中的各種有機(jī)污染物催化降解，其催化降解產(chǎn)物氧化魯米諾而產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度與待測有機(jī)污染物的理論COD值成正比。基于這一原理，可實(shí)現(xiàn)水體中化學(xué)需氧量的測定。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有分析速度快，檢測靈敏度高，容易操作，僅需要魯米諾(Luminol)一種試劑，是一種綠色的分析方法。


圖1為基于光催化化學(xué)發(fā)光COD檢測器結(jié)構(gòu)原理2為光催化反應(yīng)器件結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明是一種利用紫外光催化作用測定水樣化學(xué)需氧量(COD)的方法及其檢測器。該紫外光催化檢測器的構(gòu)成是紫外燈14放置于一密閉石英玻璃管16中，該石英玻璃管外圍纏繞石英材質(zhì)(或聚四氟乙烯材質(zhì))光催化反應(yīng)管路15，然后放置于充滿冷凝循環(huán)水的玻璃容器17中，冷凝循環(huán)水從玻璃容器入口9進(jìn)入，然后從出口7排除；被分析水樣11經(jīng)蠕動(dòng)泵10輸入到光催化反應(yīng)管路15中，然后從出口13輸出；發(fā)光試劑魯米諾(Luminol)1經(jīng)蠕動(dòng)泵2輸入，與出口13輸出的經(jīng)過光催化反應(yīng)的水樣溶液混合，然后進(jìn)入流通池3，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光信號(hào)，然后經(jīng)廢液口4排出；光信號(hào)由光電檢測器檢測6，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，經(jīng)運(yùn)算處理，光信號(hào)隨溶液濃度及溶液的理論COD值的變化呈線性變化。所述測定水樣化學(xué)需氧量(COD)的方法是溶液中的有機(jī)物在紫外光照射作用下會(huì)發(fā)生催化降解反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生的自由基或離子在堿性條件下與發(fā)光試劑魯米諾(Luminol)進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，發(fā)光強(qiáng)度與待測有機(jī)污染物的理論COD值成正比，利用該特性，建立對(duì)水樣化學(xué)需氧量(COD)的快速測定。
其檢測過程是開啟冷凝循環(huán)水，冷凝水從入口9進(jìn)入冷凝水容器17，然后經(jīng)出口7排出，開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈電源12，水樣溶液11由蠕動(dòng)泵10以0.1-1.5mL/min的流速傳輸?shù)焦獯呋磻?yīng)管路15中，并在此停留0-3min，然后由出口13輸出，濃度為1.0×10-6-1.0×10-3mol/L發(fā)光試劑魯米諾溶液1由另一蠕動(dòng)泵2以0.1-1.5mL/min的流速輸入，與經(jīng)紫外光照后被水樣溶液在三通管處混合后進(jìn)入到流通池3，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，光信號(hào)由光電檢測器6檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5。取二次蒸餾水按照上述檢測過程做空白實(shí)驗(yàn)。水樣產(chǎn)生的光信號(hào)與空白試樣的光信號(hào)差值與被分析溶液的濃度及理論COD值均成線性變化。
下面再舉幾個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的效果予以進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一模擬樣品實(shí)驗(yàn)。選取檸檬酸、葡萄糖、乳糖、丙二酸、草酸、蔗糖和這六種有機(jī)化合物為檢測對(duì)樣，分別配制上述有機(jī)化合物單一溶液和六種物質(zhì)組成的混合溶液作為水樣。開啟紫外燈冷凝循環(huán)水，冷凝水從入口9進(jìn)入冷凝水容器17，然后經(jīng)出口7排出，開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈電源12，紫外燈14的功率為125瓦。水樣由蠕動(dòng)泵2載入光催化降解反應(yīng)管路15中，然后關(guān)閉蠕動(dòng)泵2，停留時(shí)間3min，然后開啟蠕動(dòng)泵2。濃度為5.0×10-5mol/L發(fā)光試劑魯米諾，經(jīng)蠕動(dòng)泵11以流速1.5mL/min速度輸入，與光催化反應(yīng)后水樣在流通池3中混合，產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光信號(hào)由光電檢測器6檢測，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行分析。由上述六種有機(jī)物所配制的單一和混合模擬水樣，在該檢測器中所獲得的發(fā)光信號(hào)值與其的理論COD值成線性關(guān)系，且可以很好的擬和。
實(shí)施例二標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)驗(yàn)。測定對(duì)象為國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供的六種標(biāo)準(zhǔn)品水樣，其編號(hào)分為GBW(E)080274CODMn，GBW(E)080427CODMn，GBW(E)080428CODMn，GBW(E)080424CODCr，GBW(E)080425CODCr和GBW(E)080426CODCr。其中GBW(E)080274CODMn采用高純物質(zhì)葡萄糖和三次純化水在室溫為(20±2)℃的潔凈實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確配制，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)主要用于校準(zhǔn)儀器或進(jìn)行分析過程的質(zhì)量控制及方法評(píng)價(jià)等，剩余五種為模擬天然水樣。測定過程為開啟紫外燈冷凝循環(huán)水，冷凝水從入口9進(jìn)入冷凝水容器17，然后經(jīng)出口7排出，開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈電源12，紫外燈14的功率為125瓦。水樣由蠕動(dòng)泵2載入光催化降解反應(yīng)管路15中，然后關(guān)閉蠕動(dòng)泵2，停留時(shí)間3min，然后開啟蠕動(dòng)泵2。濃度為5.0×10-5mol/L發(fā)光試劑魯米諾，經(jīng)蠕動(dòng)泵11以流速1.5mL/min速度輸入，與光催化反應(yīng)后水樣在流通池3中混合，產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光信號(hào)由光電檢測器6檢測，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行分析。因?yàn)榍叭N標(biāo)準(zhǔn)都是用標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鉀法標(biāo)定，所以以GBW(E)080274CODMn標(biāo)定值配制一系列標(biāo)準(zhǔn)校正曲線，再以本方法測定模擬天然水樣GBW(E)080427CODMn，GBW(E)080428CODMn.測定結(jié)果與標(biāo)定值很好吻合。用本法測定六種標(biāo)準(zhǔn)水樣，前三種樣品測定結(jié)果比標(biāo)定值略高，而后三種樣品比標(biāo)定值(標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法)略低。說明該法氧化能力比高錳酸鉀法高，與重鉻酸鉀法接近。
實(shí)施例三環(huán)境水樣測定。分別采集四川省成都市府南河水、市內(nèi)各個(gè)公園中的人工湖水、以及某化工廠排污水進(jìn)行測定。測定過程為開啟紫外燈冷凝循環(huán)水，冷凝水從入口9進(jìn)入冷凝水容器17，然后經(jīng)出口7排出，開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈電源12，紫外燈14的功率為125瓦。水樣由蠕動(dòng)泵2載入光催化降解反應(yīng)管路15中，然后關(guān)閉蠕動(dòng)泵2，停留時(shí)間3min，然后開啟蠕動(dòng)泵2。濃度為5.0×10-5mol/L發(fā)光試劑魯米諾，經(jīng)蠕動(dòng)泵11以流速1.5mL/min速度輸入，與光催化反應(yīng)后水樣在流通池3中混合，產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光信號(hào)由光電檢測器6檢測，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行分析。測定值與標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鉀指數(shù)法可以很好擬和，說明了本方法的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的方法，其特征在于溶液中的有機(jī)物在紫外光照射作用下會(huì)發(fā)生催化降解反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生的自由基或離子在堿性條件下與發(fā)光試劑魯米諾(Luminol)進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，發(fā)光強(qiáng)度與待測有機(jī)污染物的理論COD值成正比，利用該特性，建立對(duì)水樣化學(xué)需氧量(COD)的快速測定。其檢測過程是首先開啟光催化反應(yīng)器件中的紫外燈以及冷凝循環(huán)水，水樣溶液由蠕動(dòng)泵以0.1-1.5mL/min的流速傳輸?shù)焦獯呋磻?yīng)器中，并在光催化反應(yīng)器中停留0-3min，濃度為1.0×10-6-1.0×10-3mol/L發(fā)光試劑魯米諾溶液由另一蠕動(dòng)泵以0.1-1.5mL/min的流速輸入，與經(jīng)紫外光光照后的水樣溶液混合進(jìn)入到流通池，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，光信號(hào)由光電檢測器檢測，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。取二次蒸餾水按照上述檢測過程做空白實(shí)驗(yàn)。水樣產(chǎn)生的光信號(hào)與空白試樣的光信號(hào)差值與被分析溶液的濃度及理論COD值均成線性變化。
2.一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定水體化學(xué)需氧量的檢測器件，其特征在于紫外燈(14)放置于一密閉石英玻璃管(16)中，該石英玻璃管外圍纏繞石英材質(zhì)(或聚四氟乙烯材質(zhì))光催化反應(yīng)管路(15)，然后放置于充滿冷凝循環(huán)水的玻璃容器(17)中，冷凝循環(huán)水從玻璃容器入口(9)進(jìn)入，然后從出口(7)排除；被分析水樣(11)經(jīng)蠕動(dòng)泵(10)輸入到光催化反應(yīng)管路(15)中，然后從出口(13)輸出；發(fā)光試劑魯米諾(1)經(jīng)蠕動(dòng)泵(2)輸入，與出口(13)輸出的經(jīng)過光催化反應(yīng)的水樣溶液混合，然后進(jìn)入流通池(3)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光信號(hào)，然后經(jīng)廢液口(4)排出；光信號(hào)由光電檢測器檢測(6)，輸送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)。
3.按權(quán)利要求1所述的一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的方法，其特征在于水樣化學(xué)需氧量的在線監(jiān)測。
4.按權(quán)利要求2所述的一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的檢測器件，其特征在于光催化降解器件由紫外燈(14)，密閉石英管(16)，光催化反應(yīng)管路(15)組成。
5.按權(quán)利要求2所述的一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的檢測器件，其特征在于所述的光催化降解器件中的紫外燈(14)可以為所有能產(chǎn)生紫外光的燈源。
6.按權(quán)利要求2所述的一種基于光催化化學(xué)發(fā)光測定化學(xué)需氧量的檢測器件，其特征在于所述的光催化降解器件中的光催化反應(yīng)管路(15)可以為石英、聚四氟乙烯等其它可透過紫外光的材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明屬化學(xué)化工和環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域的一種光催化化學(xué)發(fā)光檢測溶液中化學(xué)需氧量的方法及檢測器。其核心技術(shù)在于利用紫外燈所發(fā)射出的紫外光對(duì)水體中的有機(jī)污染物進(jìn)行催化降解，其產(chǎn)物與發(fā)光試劑魯米諾能產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)發(fā)光，該發(fā)光強(qiáng)度與水樣中有機(jī)物濃度及其理論化學(xué)需氧量值成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體化學(xué)需氧量的測定。所述光催化化學(xué)發(fā)光測定水體化學(xué)需氧量的檢測器件，其構(gòu)成為傳輸水樣和發(fā)光試劑的蠕動(dòng)泵、內(nèi)置紫外燈的密閉石英管以及纏繞于該石英管外壁上的光催化反應(yīng)管路和紫外燈冷凝水循環(huán)流路三者所構(gòu)成的光催化反應(yīng)器件、化學(xué)發(fā)光流通池、檢測發(fā)光信號(hào)的光電檢測器件、以及與光電檢測器件相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N21/03GK1936546SQ200610022068
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者侯賢燈, 呂弋, 蘇穎穎, 李曉紅, 陳賀 申請(qǐng)人:四川大學(xué)