水樣氨氮光學(xué)檢測的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水樣氨氮光學(xué)檢測的裝置和方法。該水樣氨氮光學(xué)檢測裝置包括：樣品室、測試室、氣泵、自動注液系統(tǒng)和信號處理芯片。樣品室與測試室由導(dǎo)氣管與氣泵密閉連接，樣品室由導(dǎo)液管與自動注液系統(tǒng)密閉連接，待測水樣和NaOH水溶液由自動注液系統(tǒng)按預(yù)設(shè)程序注入樣品室，使水樣中離子態(tài)氨氮轉(zhuǎn)換為氨氣，再由氣泵循環(huán)泵入測試室，使測試室內(nèi)的氨敏元件變色，光電探測器實時監(jiān)測光源光透過氨敏元件后的光強(qiáng)變化，再用信號處理芯片對光電探測器輸出信號進(jìn)行處理，得到待測水樣氨氮含量。本發(fā)明裝置體積小、重量輕、便于攜帶，功耗低、使用壽命長、自動化程度高，可在無人值守情況下按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行測試，適合水環(huán)境現(xiàn)場快速檢測。
【專利說明】水樣氨氮光學(xué)檢測的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水質(zhì)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種水樣氨氮光學(xué)檢測的裝置和方法，能夠?qū)Ω鞣N復(fù)雜水環(huán)境中的氨氮濃度進(jìn)行現(xiàn)場自動快速測定。
【背景技術(shù)】
[0002]氨氮作為水體營養(yǎng)鹽污染物，在水體中含量較高時會導(dǎo)致水質(zhì)惡化，生態(tài)系統(tǒng)失衡，引發(fā)富營養(yǎng)化危害。導(dǎo)致藻類和微生物的大量繁殖，水中的溶解氧過度消耗，溶氧速率明顯小于耗氧效率，最終導(dǎo)致魚類大量的死亡，甚至出現(xiàn)湖泊的干涸滅亡。
[0003]由于氨氮的上述危害，對工業(yè)廢水、生活污水、地下水、水庫水廠江河湖泊等水體中進(jìn)行氨氮含量的現(xiàn)場快速準(zhǔn)確檢測十分重要。根據(jù)水中氨氮含量的即時數(shù)據(jù)以采取相應(yīng)的措施，確保江河湖泊以及企業(yè)廢水排放的氨氮含量在安全指標(biāo)以內(nèi)。檢測水中氨氮的方法有很多，如納氏試劑比色法，水楊酸比色法，分光光度法，氨氣敏電極法等。雖然這些方法靈敏度高，準(zhǔn)確可靠，但這些儀器價格昂貴，操作復(fù)雜，需要專人操作，而且測量時間長，不適合現(xiàn)場快速測量。
[0004]為了實現(xiàn)對水中氨氮的現(xiàn)場快速檢測，本申請的發(fā)明人在2011年提出了一種便攜式光電氨氣檢測裝置(專利申請?zhí)?201010601675.3)。該便攜式光電氨氣檢測裝置基于單一敏感膜片對光吸收原理，可快速測量。但是，該便攜式光電氨氣檢測裝置自動化程度較低，需要檢測人員值守。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，以適合對各種復(fù)雜水環(huán)境中的氨氮濃度進(jìn)行現(xiàn)場自動快速測定。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種水樣氨氮光學(xué)檢測裝置。該水樣氨氮光學(xué)檢測裝置包括:一機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)設(shè)置一樣品室、一測試室、一氣泵、一自動注液系統(tǒng)、一信號處理芯片、導(dǎo)氣管、導(dǎo)液管。其中:樣品室呈倒錐形，由塑料、聚四氟乙烯等耐堿材料制成，倒錐形樣品室的錐尖處開設(shè)一液體進(jìn)出口，倒錐形樣品室的錐底設(shè)置一密封蓋，密封蓋上開設(shè)一進(jìn)氣口和一出氣口，與進(jìn)氣口密閉連接的導(dǎo)氣管伸入到樣品室內(nèi)靠近錐尖的位置。測試室由金屬制成，包括至少一檢測通道，檢測通道由一細(xì)孔和一粗孔同軸相連構(gòu)成，在細(xì)孔端口處設(shè)置一光源，在粗孔端口處密閉設(shè)置一光電探測器，在粗細(xì)孔相連處設(shè)置一氨敏元件，光源光透過氨敏元件后被光電探測器接收。在光源與氨敏元件之間的檢測通道臂上開設(shè)一通氣口 ；在氨敏元件與光電探測器之間的檢測通道臂上開設(shè)另一通氣口 ；從一通氣口進(jìn)入檢測通道內(nèi)的全部氣流穿過氨敏元件后從另一通氣口排出。測試室一通氣口由導(dǎo)氣管與氣泵出氣口密閉連接，氣泵進(jìn)氣口由導(dǎo)氣管與樣品室出氣口密閉連接，樣品室進(jìn)氣口由導(dǎo)氣管與測試室另一通氣口密閉連接。樣品室液體進(jìn)出口由導(dǎo)液管與自動注液系統(tǒng)一端口密閉連接，待測水樣、添加液以及清洗液由自動注液系統(tǒng)按預(yù)設(shè)程序注入樣品室。光電探測器信號輸出端與信號處理芯片一輸入端電連接，信號處理芯片輸出端電連接于后續(xù)設(shè)備。
[0009]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，自動注液系統(tǒng)包括:一多路模擬開關(guān)控制電路模塊、一雙向注液泵和四個雙通電磁閥。其中三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加液容器以及清洗液容器，它們的出液口由導(dǎo)液管分別與一個五通接頭的三個接口密閉連接，五通接頭的其余兩接口 一個由導(dǎo)液管與雙向注液泵一端口密閉連接，另一個與剩余的雙通電磁閥進(jìn)液口密閉連接。該雙通電磁閥出液口由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器，雙向注液泵另一端口由導(dǎo)液管與樣品室液體進(jìn)出口密閉連接，雙向注液泵和四個雙通電磁閥的電源線分別與多路模擬開關(guān)控制電路模塊的不同輸出端電連接。該五通接頭可以由三個三通接頭取代。
[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，自動注液系統(tǒng)包括:一多路模擬開關(guān)控制電路模塊、一雙向注液泵、一三通電磁閥和三個雙通電磁閥。三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加液容器以及清洗液容器，它們的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到一個四通接頭的三個接口，雙向注液泵的一端口由導(dǎo)液管與樣品室液體進(jìn)出口密閉連接，另一端口由導(dǎo)液管與三通電磁閥的公共端口密閉連接，三通電磁閥其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器，另一個由導(dǎo)液管與四通接頭的剩余端口密閉連接，雙向注液泵和三通電磁閥以及三個雙通電磁閥的電源線分別與多路模擬開關(guān)控制電路模塊的不同輸出端連接。該四通接頭，可以由兩個三通接頭取代。
[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，自動注液系統(tǒng)包括:一多路模擬開關(guān)控制電路模塊、一單向注液泵、一三通電電磁閥和四個雙通電磁閥。這四個雙通電磁閥的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到一五通接頭的四個接口，該五通接頭的剩余接口由導(dǎo)液管與單向注液泵的進(jìn)液口密閉連接，單向注液泵的出液口由導(dǎo)液管與三通電磁閥的公共端口密閉連接，三通電磁閥其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器，另一個由導(dǎo)液管與一三通接頭的一端口密閉連接，三通接頭的其余兩端口一個密閉連接于樣品室液體進(jìn)出口，另一個密閉連接到其中一個雙通電磁閥的進(jìn)液口，其余三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加也容器以及清洗液容器，單向注液泵和三通電磁閥以及四個雙通電磁閥的電源線分別與多路模擬開關(guān)控制電路的不同輸出端電連接；
[0012]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，雙通電磁閥，其進(jìn)液口和出液口在未通電時處于關(guān)閉狀態(tài)，通電后導(dǎo)通；三通電磁閥，其公共端口在未通電時與連接廢液回收容器的端口導(dǎo)通，通電后與另一端口導(dǎo)通。
[0013]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，信號處理芯片和多路模擬開關(guān)控制電路模塊集成為一體。
[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中，氨敏元件包括一托盤、一氨敏膜片、一托盤蓋、一橡膠墊圈，托盤及托盤蓋呈圓形，由金屬制成，中心都開設(shè)一通孔，通孔直徑與檢測通道細(xì)孔直徑相同，氨敏膜片置于托盤內(nèi)，完全遮住托盤通孔，然后用托盤蓋壓緊，托盤外底面刻有圓環(huán)形凹槽，橡膠墊圈鑲嵌于凹槽內(nèi)。使用時，將上述敏感元件從粗孔一側(cè)裝入檢測通道，再用螺釘將敏感元件固定在檢測通道內(nèi)部粗細(xì)孔相連的臺面上，使托盤外底面的橡膠墊圈緊密接觸臺面，然后將光電探測器密閉設(shè)置于檢測通道粗孔端口。從測試室一通氣口進(jìn)入檢測通道的氣流只能穿過托盤通孔、氨敏膜片和托盤蓋通孔，然后從另一通氣孔排出。
[0015]氨敏膜片由一層多孔膜片或數(shù)層多孔膜片疊加構(gòu)成，具有一定透光性。該多孔膜片可以是多孔陶瓷膜片或多孔玻璃纖維膜片或多孔濾紙或多孔聚合物膜片其中之一；每一層多孔膜片的孔內(nèi)同時設(shè)置有兩種物質(zhì)，一種是可與氨氣在常溫常壓下反應(yīng)變色的化學(xué)試齊U，如:聚苯胺、百里酚藍(lán)、溴百里酚藍(lán)、以及其它PH指示劑，另一種是嵌段共聚物，如P123、F127。
[0016]水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，于樣品室出氣口與測試室一通氣口之間設(shè)置一用于阻擋小水珠的過濾頭，該過濾頭可以由導(dǎo)氣管密閉連接在樣品室出氣口與氣泵進(jìn)氣口之間，也可以密閉連接在氣泵出氣口與測試室通氣口之間。
[0017]添加液為濃度不低于lmol/L的NaOH水溶液。
[0018]清洗液為不含氨氮或氨氮含量遠(yuǎn)低于本發(fā)明裝置氨氮檢測下限的去離子水或蒸餾水；或者為由不含氨氮或氨氮含量遠(yuǎn)低于本發(fā)明裝置氨氮檢測下限的去離子水或蒸餾水配制的PH值在4?6的磷酸緩沖液。
[0019]光源發(fā)射的光波在氨敏膜片變色前不被吸收或被輕微吸收，但在氨敏膜片遇氨氣變色后被強(qiáng)烈吸收；光電探測器，為對光源敏感的光電二極管或光電池或光電倍增管，光電探測器的輸出電信號強(qiáng)度與該探測器接收到的光源光透過氨敏膜片后的光強(qiáng)度呈線性變化關(guān)系。
[0020]水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的樣品室?guī)в凶詣涌販氐募訜崞?，該加熱器設(shè)置于樣品室外壁，測試時使樣品室內(nèi)的水樣溫度保持在40°C左右；
[0021]在利用水樣氨氮光學(xué)檢測裝置進(jìn)行每一次的測試過程中，待測水樣的注入量都能夠淹沒從樣品室進(jìn)氣口伸入到樣品室內(nèi)的導(dǎo)氣管端口，添加液的注入量都能夠使得樣品室內(nèi)的溶液PH值不小于11。
[0022]在利用水樣氨氮光學(xué)檢測裝置對待測水樣進(jìn)行測定前，按照預(yù)設(shè)的測試流程測量至少兩個已知氨氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣所對應(yīng)的氨敏膜片吸光度，建立吸光度與氨氮濃度的線性依賴關(guān)系式，然后在相同條件下測量未知水樣所對應(yīng)的氨敏膜片的吸光度，再把該吸光度帶入已建立的氨氮濃度-吸光度線性關(guān)系式，求得未知水樣的氨氮濃度。
[0023]為了提高水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的測試精度，根據(jù)光電探測器輸出的起始信號強(qiáng)度的不同，建立多個氨氮濃度與吸光度的線性依賴關(guān)系，然后測量未知水樣對應(yīng)的氨敏膜片的吸光度，并按照光電探測器在氨敏膜片變色前輸出的信號強(qiáng)度選擇適當(dāng)?shù)奈舛扰c氨氮濃度的線性依賴關(guān)系，把測得的吸光度帶入所選的線性關(guān)系中，求得未知水樣的氨氮濃度。
[0024]水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的檢測方法包括如下測試過程:
[0025]步驟A、配制濃度為1.5M的NaOH水溶液作為添加液，制備去離子水作為清洗液，然后將待測水樣、NaOH水溶液、去離子水分別加入到待測水樣容器、添加液容器和清洗液容器中。
[0026]步驟B、給光源、光電探測器、信號處理芯片、自動注液系統(tǒng)、氣泵供電；
[0027]步驟C、啟動預(yù)設(shè)測試程序，按以下流程進(jìn)行自動測試；
[0028]步驟Cl、由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出到廢液回收容器；
[0029]步驟C2、由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)泵入定量去離子水，使液面高于伸入到樣品室內(nèi)的導(dǎo)氣管端口；
[0030]步驟C3、清洗10分鐘后由自動注液系統(tǒng)將廢液排出樣品室；
[0031]步驟C4、由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)依次泵入定量去離子水和定量NaOH水溶液，使液面高于伸入到樣品室內(nèi)的導(dǎo)氣管端口，并使樣品室內(nèi)液體的PH值大于11
[0032]步驟C5、信號處理芯片自動判斷光電探測器輸出信號隨時間的變化，當(dāng)輸出信號穩(wěn)定時，信號處理芯片保存該信號值(Itl),然后由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出；
[0033]步驟C6、由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)依次泵入待測水樣和NaOH水溶液，待測水樣和NaOH水溶液的添加量分別與步驟C4中的去離子水和NaOH水溶液的添加量相等；
[0034]步驟C7、由信號處理芯片保存加入NaOH水溶液之后10分鐘時的光電探測器輸出信號值at)，然后由信號處理芯片按照公式自動計算氨敏膜片吸光度A，這里Id為光電探測器背景信號值，信號處理芯片自動將求得的吸光度A帶入已建立的氨氮濃度-吸光度線性關(guān)系式中給出待測水樣的氨氮濃度值；
[0035]步驟C8、由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出；
[0036]步驟C9、重復(fù)進(jìn)行步驟C2和3.3四次；
[0037]步驟D、結(jié)束測試，關(guān)閉裝置電源。
[0038](三)有益效果
[0039]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置及其測試方法具有以下有益效果:
[0040](I)自動化程度高，能夠按預(yù)設(shè)程序安全工作，適合對各種復(fù)雜水環(huán)境中的氨氮濃度進(jìn)行現(xiàn)場自動測定；
[0041](2)具有數(shù)據(jù)上傳模塊，與有線和無線傳感網(wǎng)兼容，能夠在無人值守情況下進(jìn)行測量;
[0042](3)通過采用密閉測試系統(tǒng)積累從待測水樣中釋放出來的氨氣，有效提高了裝置的檢測靈敏度，降低了氨氮檢測下限；
[0043](4)裝置成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，小巧輕便，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，功耗低，使用壽命長；
[0044](5)測試成本低，耗時少，溶液用量少，測試精度高，可靠性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2A、圖2B、圖2C為本發(fā)明實施例的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中的自動注液系統(tǒng)的二種結(jié)構(gòu)意圖；
[0047]圖3為本發(fā)明實施例的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中的氨敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中上圖為氨敏元件縱切面示意圖，下圖為氨敏元件仰視圖；
[0048]圖4為本發(fā)明實施例的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的測試流程圖；
[0049]圖5為利用本發(fā)明實施例的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置測得的吸光度與標(biāo)準(zhǔn)水樣的氨氮濃度的線性依賴關(guān)系曲線；
[0050]圖6為利用本發(fā)明實施例的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置測得的實際水樣氨氮濃度與水樣中氨氮濃度標(biāo)準(zhǔn)值的比較。
[0051]【主要元件】[0052]1-機(jī)箱；2-樣品室、
[0053]3-測試室；
[0054]31-光源；32-氨敏元件；
[0055]32a-托盤；32b_ 托盤蓋；
[0056]32c-氨敏膜片；32d_緊固螺釘；
[0057]32e_橡膠墊圈；32f-緊固螺釘通孔；
[0058]33-光電探測器；34、35_通氣口；
[0059]4-氣泵；
[0060]5-自動注液系統(tǒng)；
[0061]51-55-自動注液系統(tǒng)端口； 56a、56b、56c、56d_雙通電磁閥；
[0062]57-三通電磁閥；58a-雙向注液泵；
[0063]58b為單向注液泵；59為多路模擬開關(guān)控制電路模塊；
[0064]6_信號處理芯片；7-過濾頭；
[0065]8-待測水樣容器；9-添加液容器；
[0066]10-清洗液容器；11-廢液回收容器。
【具體實施方式】
[0067]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0068]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種水樣氨氮光學(xué)檢測裝置。請參照圖1，本實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置包括一樣品室2、一測試室3、一氣泵4、一自動注液系統(tǒng)5、一信號處理芯片6、過濾頭7和數(shù)據(jù)上傳芯片(圖中未示出)。其中，測試室3又包括:光源31、氨敏元件32、光電探測器33和通氣口(34和35)。自動注液系統(tǒng)5具有5個端口，其一端由導(dǎo)液管與樣品室液體進(jìn)出口相連通，另外的四個端口分別與待測水樣容器8，添加液容器9，清洗液容器10，廢液回收容器11相連通。該樣品室2、測試室3、氣泵4、自動注液系統(tǒng)5、信號處理芯片6、過濾頭7、和數(shù)據(jù)上傳芯片均安置于機(jī)箱I內(nèi)，待測水樣容器8，添加液容器9，清洗液容器10，廢液回收容器11均安置于機(jī)箱I外。
[0069]以下分別對本實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的各個部件進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0070]樣品室2呈倒錐形，其錐尖處開設(shè)一液體進(jìn)出口，其錐底設(shè)置一密封蓋，密封蓋上開設(shè)一進(jìn)氣口和一出氣口，與進(jìn)氣口密閉連接的導(dǎo)氣管伸入到樣品室內(nèi)靠近錐尖的位置。
[0071]自動注液系統(tǒng)5，其一端由導(dǎo)液管與樣品室2液體進(jìn)出口相連通，另外的四端分別與待測水樣容器8、添加液容器9、清洗液容器10和廢液回收容器11相連，用于按照預(yù)設(shè)程序?qū)⒋郎y水樣、添加液或清洗液注入樣品室2，并將測試后的廢液排入廢液回收容器11。本發(fā)明給出了三種自動注液系統(tǒng)實現(xiàn)的方案，在下文中將分別予以說明。[0072]測試室3包括至少一檢測通道，該檢測通道由一細(xì)孔和一粗孔同軸相連構(gòu)成，在細(xì)孔的端口密閉設(shè)置一光源31，在粗孔的端口密閉設(shè)置一光電探測器33，在粗孔和細(xì)孔相連處設(shè)置一氨敏元件32，光源光透過氨敏元件32后被光電探測器33接收；在光源31與氨敏元件32之間的檢測通道壁上開設(shè)一通氣口 ；在氨敏元件與光電探測器之間的檢測通道壁上開設(shè)另一通氣口 ；從一通氣口進(jìn)入檢測通道內(nèi)的全部氣流穿過氨敏元件32后從另一通氣口排出；測試室3用于排氣的通氣口由導(dǎo)氣管與樣品室2的進(jìn)氣口相連接。
[0073]氣泵4，其進(jìn)氣口由導(dǎo)氣管與樣品室2的出氣口密閉連接，其出氣口由導(dǎo)氣管與測試室3 —通氣口密閉連接。過濾頭7，設(shè)置于樣品室2出氣口與測試室3 —通氣口之間，用于過濾氣流中的小水珠。過濾頭7由導(dǎo)氣管密閉連接在樣品室2出氣口與氣泵4進(jìn)氣口之間，或密閉連接在氣泵4出氣口與測試室3 —通氣口之間。
[0074]信號處理芯片6的信號輸入端與光電探測器33的信號輸出端電連接,用于對光電探測器33產(chǎn)生的電信號進(jìn)行處理，以獲得待測水樣的氨氮含量信息。
[0075]數(shù)據(jù)上傳芯片，用于將信號處理芯片6獲得的待測水樣的氨氮含量信息通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)自動上傳預(yù)設(shè)地址。
[0076]當(dāng)利用上述水樣氨氮光學(xué)檢測裝置進(jìn)行檢測時，樣品室2與測試室3由導(dǎo)氣管與氣泵4密閉連接，樣品室2由導(dǎo)液管與自動注液系統(tǒng)5密閉連接，待測水樣和NaOH水溶液由自動注液系統(tǒng)5按預(yù)設(shè)程序注入樣品室2，使水樣中離子態(tài)氨氮轉(zhuǎn)換為氨氣，再由氣泵4循環(huán)泵入測試室3，使測試室3內(nèi)的氨敏元件變色，光電探測器33實時監(jiān)測光源光透過氨敏元件后的光強(qiáng)變化，再用信號處理芯片6對光電探測器33輸出信號進(jìn)行處理，得到待測水樣氨氮含量，并將該待測水樣氨氮含量通過數(shù)據(jù)上傳芯片傳輸至預(yù)設(shè)地址。
[0077]以下實施例描述了本發(fā)明水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的一種典型應(yīng)用方式和操作程序:
[0078]1、氨敏元件32的制備:
[0079]圖3為本發(fā)明實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中氨敏元件結(jié)構(gòu)示意圖，其中上圖為氨敏元件縱切面示意圖，下圖為氨敏元件仰視示意圖。圖中，32a為托盤，32b為托盤蓋，32c為氨敏膜片，32d為緊固螺釘，32e為橡膠墊圈，32f為緊固螺釘通孔。托盤32a及托盤蓋32b呈圓形，由金屬制成，中心都開設(shè)一通孔，通孔直徑與檢測通道細(xì)孔直徑相同，氨敏膜片32置于托盤內(nèi)，完全遮住托盤通孔，然后用托盤蓋壓緊，托盤外底面刻有圓環(huán)形凹槽，橡膠墊圈32e鑲嵌于凹槽內(nèi)。
[0080]如圖3所示，氨敏膜片32c采用多孔玻璃纖維圓片制作而成，直徑為10mm，厚度為1mm。把多孔玻璃纖維圓片在BTB和P123濃度分別為4g/L和30g/L的混合酒精溶液中浸泡24小時后取出自然干燥,處理后的膜片作為氨敏膜片32c。將氨敏膜片32c放入托盤32a中，蓋上托盤蓋32b，對準(zhǔn)后用緊固螺釘32d進(jìn)行固定，最后將橡膠墊圈32e放入托盤32a的凹槽中，這樣就做好氨敏元件了，將其放在氣室的檢測通道上備用。
[0081]在使用上述氨敏元件32時，將上述敏感元件32從粗孔一側(cè)裝入檢測通道，再用螺釘32f將氨敏元件32固定在檢測通道內(nèi)部粗細(xì)孔相連的臺面上，使托盤外底面的橡膠墊圈32e緊密接觸臺面，然后將光電探測器33密閉設(shè)置于檢測通道粗孔端口 ；從測試室3 —通氣口進(jìn)入檢測通道的氣流只能穿過托盤通孔、氨敏膜片32和托盤蓋通孔，然后從另一通氣口排出。[0082]2、水樣氨氮檢測:
[0083]本實驗使用圖1所示的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其中光源31采用波長為625nm的發(fā)光二極管，光電探測器33采用帶有前置放大電路的硅光電二極管，信號處理芯片6和多路模擬開關(guān)控制電路模塊為自己加工制作的電路板。
[0084]用去離子水配制100mg/L的NH4Cl溶液，然后再用去離子水稀釋成不同濃度(0.lmg/L-10mg/L)的溶液,用作標(biāo)準(zhǔn)氨氮樣品。用去離子水配制1.5mol/L的NaOH溶液作為添加液。然后將標(biāo)準(zhǔn)氨氮樣品、NaOH水溶液、去離子水分別加入到待測水樣容器8、添加液容器9和清洗液容器10中，再給光源31、光電探測器33、信號處理芯片6、自動注液系統(tǒng)
5、氣泵4供電；之后啟動預(yù)設(shè)測試程序，按照圖4給出的自動測試流程進(jìn)行測試；
[0085]圖2A、圖2B、圖2C為本發(fā)明的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置使用的三種自動注液系統(tǒng)示意圖，圖中，5為自動注液系統(tǒng)，51至55為自動注液系統(tǒng)的5個端口，56a、56b、56c、56d為自動注液系統(tǒng)使用的4個雙通電磁閥，57為三通電磁閥，58a為雙向注液泵，58b為單向注液泵，59為多路模擬開關(guān)控制電路模塊。
[0086]圖2A為本發(fā)明實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中第一種自動注液系統(tǒng)的示意圖。請參照圖2A，該自動注液系統(tǒng)5包括:四個雙通電磁閥(56a、56b、56c、56d)、一個五通接頭(或三個三通接頭)、一雙向注液泵58a和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊59。四個雙通電磁閥中的三個雙通電磁閥(56a、56b、56c)的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器8、添加液容器9以及清洗液容器10，它們的出液口由導(dǎo)液管分別與五通接頭的三個接口密閉連接。四個雙通電磁閥中的另一個雙通電磁閥(56d)的進(jìn)液口與五通接口的第四個接口密閉連接，其出液口由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器11。雙向注液泵58a的一端由導(dǎo)液管與五通接頭的第五個接口密閉連接，另一端由導(dǎo)液管與樣品室2的液體進(jìn)出口密閉連接。多路模擬開關(guān)控制電路模塊59,與四個雙通電磁閥(56a、56b、56c、56d)連接,用于控制四個雙通電磁閥和雙向注液泵58a的打開與關(guān)閉。
[0087]在利用圖2A所示自動注液系統(tǒng)進(jìn)行檢測時:首先為光源31、光電探測器33、氣泵4、自動注液系統(tǒng)5、信號處理芯片6通電,使光源31、光電探測器33和氣泵4開始工作，自動注液系統(tǒng)5內(nèi)的控制芯片59內(nèi)有預(yù)設(shè)程序，按照其流程，分為四個階段，第一階段:打開雙通電磁閥56c，開啟雙向注液泵58a，向樣品室2內(nèi)注入2.5ml去離子水，然后關(guān)閉雙通電磁閥56c和雙向注液泵58a，進(jìn)行10分鐘的清洗，隨后打開雙通電磁閥56d，開啟雙向注液泵58a，把廢液排到廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第二階段:打開雙通電磁閥56b，開啟雙向注液泵58a，向樣品室2內(nèi)注入0.5ml NaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56c，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml去離子水，關(guān)閉雙通電磁閥56c和雙向注液泵58a。信號處理芯片6檢測光電探測器33的輸出信號，當(dāng)光電探測器33輸出信號穩(wěn)定后，信號處理芯片6自動記錄下此時的信號強(qiáng)度值(I。)，并打開雙通電磁閥56d，開啟雙向注液泵58a，把液體排出樣品室2后將其關(guān)閉；第三階段:打開雙通電磁閥56b,開啟雙向注液泵58a,往樣品室2內(nèi)注入0.5ml NaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56a，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml的待測水樣，關(guān)閉雙通電磁閥56a和雙向注液泵58a，信號處理芯片6自動記錄10分鐘時光電探測器33的輸出信號強(qiáng)度值(It)，然后停止檢測，打開雙通電磁閥56d，開啟雙向注液泵58a，把檢測后的溶液排入廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第四階段:打開雙通電磁閥56c,開啟雙向注液泵58a,往樣品室2內(nèi)注入2.5ml去離子水,關(guān)閉雙通電磁閥56c和雙向注液泵58a，進(jìn)行5分鐘的清洗，然后打開雙通電磁閥56d，開啟雙向注液泵58a，把廢液排入廢液回收容器11后將其關(guān)閉，然后重復(fù)第四階段3次，對樣品室2進(jìn)行充分清洗，保證氨敏元件得到恢復(fù)，以便下次使用。
[0088]圖2B為本發(fā)明實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中第二種自動注液系統(tǒng)的示意圖。請參照圖2B，該自動注液系統(tǒng)包括:一個三通電磁閥57、三個雙通電磁閥(56a、56b、56c)、一雙向注液泵58a和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊59。三個雙通電磁閥(56a、56b、56c)的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器8、添加液容器9以及清洗液容器10，它們的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到四通接頭的三個接口。雙向注液泵58a —端口由導(dǎo)液管與樣品室2的液體進(jìn)出口密閉連接，另一端口由導(dǎo)液管與三通電磁閥57公共端口密閉連接。三通電磁閥57中除公共端口之外的其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器11，另一個由導(dǎo)液管與四通接頭的剩余端口密閉連接。多路模擬開關(guān)控制電路模塊59的不同輸出端與雙向注液泵58a、三通電磁閥57以及三個雙通電磁閥(56a、56b、56c)的電源線分別電連接；用于控制其打開與關(guān)閉。
[0089]在利用圖2B所示自動注液系統(tǒng)進(jìn)行檢測時:首先為光源31、光電探測器33、氣泵4、自動注液系統(tǒng)5、信號處理芯片6通電,使光源31、光電探測器33和氣泵4開始工作，自動注液系統(tǒng)5內(nèi)的控制芯片59內(nèi)有預(yù)設(shè)程序，按照其流程，分為四個階段，第一階段:打開雙通電磁閥56c和三通電磁閥57，開啟雙向注液泵58a，向樣品室2內(nèi)注入2.5ml去離子水，然后關(guān)閉雙通電磁閥56c和三通電磁閥57以及雙向注液泵58a，進(jìn)行10分鐘的清洗，隨后開啟雙向注液泵58a，把廢液排到廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第二階段:打開雙通電磁閥56b和三通電磁閥57，開啟雙向注液泵58a，向樣品室2內(nèi)注入0.5ml NaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56c，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml去離子水，關(guān)閉雙通電磁閥56c和三通電磁閥57以及雙向注液泵58a。信號處理芯片6檢測光電探測器33的輸出信號，當(dāng)光電探測器33輸出信號穩(wěn)定后，信號處理芯片6自動記錄下此時的信號強(qiáng)度值(Itl),并開啟雙向注液泵58a，把NaOH溶液排出樣品室2后關(guān)閉雙向注液泵58a ;第三階段:打開雙通電磁閥56b和三通電磁閥57，開啟雙向注液泵58a，往樣品室2內(nèi)注入0.5ml NaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56a，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml的待測水樣，關(guān)閉雙通電磁閥56a和三通電磁閥57以及雙向注液泵58a，信號處理芯片6自動記錄10分鐘時光電探測器33的輸出信號強(qiáng)度值(It)，然后停止檢測，開啟雙向注液泵58a，把檢測后的溶液排入廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第四階段:打開雙通電磁閥56c和三通電磁閥57，開啟雙向注液泵58a，往樣品室2內(nèi)注入2.5ml去離子水，然后關(guān)閉雙通電磁閥56c和三通電磁閥57以及雙向注液泵58a，進(jìn)行5分鐘的清洗，隨后開啟雙向注液泵58a，將廢液排到廢液回收容器11后關(guān)閉雙向注液泵58a，然后重復(fù)第四階段3次，對樣品室2進(jìn)行充分清洗，保證氨敏元件得到恢復(fù)，以便下次使用。
[0090]圖2C為本發(fā)明實施例水樣氨氮光學(xué)檢測裝置中第三種自動注液系統(tǒng)的示意圖。請參照圖2C，該自動注液系統(tǒng)包括:一單向注液泵58b、一個三通電磁閥57、四個雙通電磁閥(56a、56b、56c、56d)和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊59。四個雙通電磁閥(56a、56b、56c、56d)的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到一五通接頭的四個接口，該五通接頭的剩余接口由導(dǎo)液管與單向注液泵的進(jìn)液口密閉連接，單向注液泵58b的出液口由導(dǎo)液管與三通電磁閥57公共端口密閉連接。三通電磁閥57中除公共端口之外的其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器11，另一個由導(dǎo)液管與一三通接頭一端口密閉連接，該三通接頭其余兩接口一個密閉連接樣品室2液體進(jìn)出口，另一個密閉連接其中一雙通電磁閥進(jìn)液口，其余三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器8、添加液容器9以及清洗液容器10。多路模擬開關(guān)控制電路模塊59的不同輸出端與單向注液泵58b和三通電磁閥57以及四個雙通電磁閥的電源線分別電連接，用于控制其打開或關(guān)閉。
[0091]在利用圖2C所示自動注液系統(tǒng)進(jìn)行檢測時:首先為光源31、光電探測器33、氣泵
4、自動注液系統(tǒng)5、信號處理芯片6通電,使光源31、光電探測器33和氣泵4開始工作，自動注液系統(tǒng)5內(nèi)的控制芯片59內(nèi)有預(yù)設(shè)程序，按照其流程，分為四個階段，第一階段:打開雙通電磁閥56d,打開三通電磁閥57,開啟單向注液泵58b,向樣品室2內(nèi)注入2.5ml去離子水，然后關(guān)閉雙通電磁閥56d和三通電磁閥57和單向注液泵58b，進(jìn)行10分鐘的清洗，隨后打開雙通電磁閥56c，開啟單向注液泵58b，把廢液排到廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第二階段:打開雙通電磁閥56b和三通電磁閥57，開啟單向注液泵58b，向樣品室2內(nèi)注入0.5mlNaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56d，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml去離子水，關(guān)閉雙通電磁閥56d和三通電磁閥57和單向注液泵58b。信號處理芯片6檢測光電探測器33的輸出信號，當(dāng)光電探測器33輸出信號穩(wěn)定后，信號處理芯片6自動記錄下此時的信號強(qiáng)度值(Ιο)，并打開雙通電磁閥56c,開啟單向注液泵58b,將液體排出樣品室2,之后關(guān)閉雙通電磁閥56c和單向注液泵58b ;第三階段:打開雙通電磁閥56b和三通電磁閥57，開啟單向注液泵58b，往樣品室2內(nèi)注入0.5ml NaOH溶液，關(guān)閉雙通電磁閥56b，然后打開雙通電磁閥56a，往樣品室2內(nèi)注入2.0ml的待測水樣，關(guān)閉雙通電磁閥56a和三通電磁閥57和單向注液泵58b，信號處理芯片6自動記錄10分鐘時光電探測器33的輸出信號強(qiáng)度值(It)，然后停止檢測，打開雙通電磁閥56c，開啟單向注液泵58b，把檢測后的溶液排入廢液回收容器11后將其關(guān)閉；第四階段:打開雙通電磁閥56d和三通電磁閥57，開啟單向注液泵58b，往樣品室2 內(nèi)注入2.5ml去離子水，關(guān)閉雙通電磁閥56d和三通電磁閥57和單向注液泵58b，進(jìn)行5分鐘的清洗，然后打開雙通電磁閥56c和單向注液泵58b，把廢液排入廢液回收容器11后將其關(guān)閉，然后重復(fù)第四階段3次，對樣品室2進(jìn)行充分清洗，保證氨敏元件得到恢復(fù)，以便下次使用。
[0092]信號處理芯片6按照公式A =自動計算氨敏膜片吸光度A，這里Id為光電探測器33背景信號值，并自動將求得的吸光度A帶入已建立的氨氮濃度-吸光度線性關(guān)系式中給出待測水樣的氨氮濃度值吸光度。
[0093]圖5給出了采用本發(fā)明的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置在不同標(biāo)準(zhǔn)水樣的氨氮濃度下測得的吸光度隨氨氮濃度的變化曲線，可以看出吸光度與氨氮濃度呈良好的線性關(guān)系(線性擬合度為R2 = 0.9954)。圖5所示的線性關(guān)系可作為吸光度與氨氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系式。圖6為利用本發(fā)明制備的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置測得的水樣氨氮濃度值與相同水樣的氨氮濃度標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系，兩者比較可以說明本發(fā)明裝置的測量精度非常高(R2 = 0.9928)。
[0094]本發(fā)明的便攜式水樣氨氮自動光學(xué)檢測裝成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，小巧輕便，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，功耗低，使用壽命長，自動化程度高，和無線傳感網(wǎng)兼容，能夠在無人值守情況下按預(yù)設(shè)程序安全穩(wěn)定工作，適合對各種復(fù)雜水環(huán)境中的氨氮濃度進(jìn)行現(xiàn)場自動測定和無線數(shù)據(jù)傳輸，而且，測試成本低，耗時少，溶液用量少，測試精度高，可靠性好，尤其是通過采用密閉測試系統(tǒng)積累從待測水樣中釋放出來的氨氣，有效提高了本發(fā)明裝置的檢測靈敏度，降低了氨氮檢測下限。
[0095]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，包括: 樣品室，呈倒錐形，其錐尖處開設(shè)一液體進(jìn)出口，其錐底設(shè)置一密封蓋，密封蓋上開設(shè)一進(jìn)氣口和一出氣口，與進(jìn)氣口密閉連接的導(dǎo)氣管伸入到樣品室內(nèi)靠近錐尖的位置； 自動注液系統(tǒng)，其一端由導(dǎo)液管與樣品室液體進(jìn)出口相連通，另外的四端分別與待測水樣容器、添加液容器、清洗液容器和廢液回收容器相連用于按照預(yù)設(shè)程序?qū)⒋郎y水樣、添加液或清洗液注入樣品室，并將測試后的廢液排入廢液回收容器； 測試室，包括至少一檢測通道，該檢測通道由一細(xì)孔和一粗孔同軸相連構(gòu)成，在所述細(xì)孔的端口密閉設(shè)置一光源，在所述粗孔的端口密閉設(shè)置一光電探測器，在所述粗孔和細(xì)孔相連處設(shè)置一氨敏元件，光源光透過氨敏元件后被光電探測器接收；在光源與氨敏元件之間的檢測通道壁上開設(shè)一通氣口 ；在氨敏元件與光電探測器之間的檢測通道壁上開設(shè)另一通氣口 ；從所述一通氣口進(jìn)入檢測通道內(nèi)的全部氣流穿過氨敏元件后從所述另一通氣口排出；所述測試室用于排氣的通氣口由導(dǎo)氣管與樣品室的進(jìn)氣口相連接； 氣泵，其進(jìn)氣口由導(dǎo)氣管與所述樣品室的出氣口密閉連接，其出氣口由導(dǎo)氣管與所述測試室一通氣口密閉連接；以及 信號處理芯片，其信號輸入端與所述光電探測器的信號輸出端電連接，用于對所述光電探測器產(chǎn)生的電信號進(jìn)行處理，以獲得待測水樣的氨氮含量信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，還包括: 數(shù)據(jù)上傳模塊，用于將所述待測水樣的氨氮含量信息通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)自動上傳預(yù)設(shè)地址。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述自動注液系統(tǒng)，包括:四個雙通電磁閥、一個五通接頭、一雙向注液泵和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊，其中: 所述四個雙通電磁閥中的三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加液容器以及清洗液容器，它們的出液口由導(dǎo)液管分別與所述五通接頭的三個接口密閉連接； 所述四個雙通電磁閥中的另一個雙通電磁閥的進(jìn)液口與所述五通接口的第四個接口密閉連接，其出液口由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器； 所述雙向注液泵的一端由導(dǎo)液管與所述五通接頭的第五個接口密閉連接，另一端由導(dǎo)液管與樣品室的液體進(jìn)出口密閉連接； 所述多路模擬開關(guān)控制電路模塊，與所述四個雙通電磁閥連接，用于控制所述四個雙通電磁閥和雙向注液泵的打開與關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述自動注液系統(tǒng)包括:一個三通電磁閥、三個雙通電磁閥、一個四通接頭、一雙向注液泵和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊，其中: 所述三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加液容器以及清洗液容器，它們的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到所述四通接頭的三個接口 ； 所述雙向注液泵一端口由導(dǎo)液管與樣品室的液體進(jìn)出口密閉連接，另一端口由導(dǎo)液管與三通電磁閥公共端口密閉連接； 所述三通電磁閥中除所述 公共端口之外的其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器，另一個由導(dǎo)液管與所述四通接頭的剩余端口密閉連接； 所述多路模擬開關(guān)控制電路模塊的不同輸出端與所述雙向注液泵、三通電磁閥以及三個雙通電磁閥的電源線分別電連接；用于控制其打開與關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述自動注液系統(tǒng)包括:一單向注液泵、一個三通電磁閥、四個雙通電磁閥和一多路模擬開關(guān)控制電路模塊，其中: 所述四個雙通電磁閥的出液口由導(dǎo)液管分別密閉連接到一五通接頭的四個接口，該五通接頭的剩余接口由導(dǎo)液管與所述單向注液泵的進(jìn)液口密閉連接，所述單向注液泵的出液口由導(dǎo)液管與所述三通電磁閥公共端口密閉連接； 所述三通電磁閥中除所述公共端口之外的其余兩端口中的一個由導(dǎo)液管連接于廢液回收容器，另一個由導(dǎo)液管與一三通接頭一端口密閉連接，三通接頭其余兩接口一個密閉連接樣品室液體進(jìn)出口，另一個密閉連接其中一雙通電磁閥進(jìn)液口，其余三個雙通電磁閥的進(jìn)液口由導(dǎo)液管分別連接于待測水樣容器、添加液容器以及清洗液容器； 所述多路模擬開關(guān)控制電路模塊的不同輸出端與所述單向注液泵和三通電磁閥以及四個雙通電磁閥的電源線分別電連接，用于控制其打開或關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述氨敏元件，包括一托盤、一氨敏膜片、一托盤蓋和一橡膠墊圈；所述托盤及托盤蓋呈圓形，由金屬制成，中心都開設(shè)一通孔，通孔直徑與檢測通道細(xì)孔直徑相同，氨敏膜片置于托盤內(nèi)，完全遮住托盤通孔，然后用托盤蓋壓緊，托盤外底面刻有圓環(huán)形凹槽，橡膠墊圈鑲嵌于凹槽內(nèi)； 使用時，將上述敏感元件從粗孔一側(cè)裝入檢測通道，再用螺釘將敏感元件固定在檢測通道內(nèi)部粗細(xì)孔相連的臺面上，使托盤外底面的橡膠墊圈緊密接觸臺面，然后將光電探測器密閉設(shè)置于檢測通道粗孔端口 ；從測試室一通氣口進(jìn)入檢測通道的氣流只能穿過托盤通孔、氨敏膜片和托盤蓋通孔，然后從另一通氣孔排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述氨敏膜片，由一層多孔膜片或數(shù)層多孔膜片疊加構(gòu)成，具有透光性；該多孔膜片選自于以下材料其中之一:多孔陶瓷膜片、多孔玻璃纖維膜片、多孔濾紙和多孔聚合物膜片；每一層多孔膜片的孔內(nèi)同時設(shè)置有兩種物質(zhì)，一種是可與氨氣在常溫常壓下反應(yīng)變色的化學(xué)試劑，另一種是嵌段共聚物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述嵌段共聚物為P123 或 F127 ； 所述可與氨氣在常溫常壓下反應(yīng)變色的化學(xué)試劑為聚苯胺、百里酚藍(lán)或溴百里酚藍(lán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，還包括: 過濾頭，設(shè)置于所述樣品室出氣口與測試室用于進(jìn)氣的通氣口之間，用于阻擋氣流中的小水珠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述過濾頭由導(dǎo)氣管密閉連接在樣品室出氣口與氣泵進(jìn)氣口之間，或密閉連接在氣泵出氣口與測試室用于進(jìn)氣的通氣口之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述光源，其發(fā)射的光波在氨敏膜片變色前不 被吸收或被輕微吸收，但在氨敏膜片遇氨氣變色后被強(qiáng)烈吸收；所述光電探測器，為對光源光敏感的光電二極管或光電池或光電倍增管，光電探測器輸出的電信號強(qiáng)度與該探測器接收到的光源光透過氨敏膜片后的光強(qiáng)度呈線性變化關(guān)系。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述信號處理芯片和多路模擬開關(guān)控制電路模塊集成于一體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的水樣氨氮光學(xué)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水溶液； 所述清洗液為去離子水或蒸餾水；或由去離子水或蒸餾水配制的PH值在4至6之間的磷酸緩沖液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述樣品室包括: 加熱器，設(shè)置于樣品室外壁，具有自動控溫功能，用于測試時使樣品室內(nèi)的水樣溫度保持在40°C左右。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述樣品室由耐堿性材料制備，所述測試室由金屬材料制備。
16.一種利用權(quán)利要求1至15中任一項所述的水樣氨氮光學(xué)檢測裝置的水樣氨氮光學(xué)檢測檢測方法，其特征在于，包括: 步驟A,配制NaOH水溶液作為添加液,制備去離子水作為清洗液,然后將待測水樣、NaOH水溶液、去離子水分別加入到待測水樣容器、添加液容器和清洗液容器中； 步驟B，給光源、光電探測`器、信號處理芯片、自動注液系統(tǒng)、氣泵供電； 步驟C，按以下流程進(jìn)行測試； 子步驟Cl，由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出到廢液回收容器； 子步驟C2，由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)泵入定量去離子水，使液面高于伸入到樣品室內(nèi)的導(dǎo)氣管端口； 子步驟C3，清洗樣品室后由自動注液系統(tǒng)將廢液排出樣品室； 子步驟C4，由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)依次泵入定量去離子水和定量NaOH水溶液，使液面高于伸入到樣品室內(nèi)的導(dǎo)氣管端口，并使樣品室內(nèi)液體的pH值大于11 ； 子步驟C5，信號處理芯片自動判斷光電探測器輸出信號隨時間的變化，當(dāng)輸出信號穩(wěn)定時，信號處理芯片保存該信號值Itl，然后由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出； 子步驟C6，由自動注液系統(tǒng)向樣品室內(nèi)依次泵入待測水樣和NaOH水溶液，待測水樣和NaOH水溶液的添加量分別與步驟C4中的去離子水和NaOH水溶液的添加量相等； 子步驟C7，由信號處理芯片保存加入NaOH水溶液之后的光電探測器輸出信號值It，然后由信號處理芯片按照公式A = -log[ (It-1d) / (10-1d)]自動計算氨敏膜片吸光度A，這里Id為光電探測器背景信號值； 子步驟CS，信號處理芯片將求得的吸光度A帶入已建立的氨氮濃度-吸光度線性關(guān)系式中給出待測水樣的氨氮濃度值； 子步驟C9、由自動注液系統(tǒng)將樣品室內(nèi)的廢液排出； 步驟D、結(jié)束測試，關(guān)閉裝置電源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的水樣氨氮光學(xué)檢測檢測方法，其特征在于: 所述步驟A中，所述NaOH水溶液的濃度為1.5M ；所述步驟C7中，在加入NaOH水溶液10分鐘后，由信號處理芯片保存光電探測器輸出信號值It ;
所述步驟C9之后還包括:步驟ClO，重復(fù)進(jìn)行步驟C2和C3四次。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的水樣氨氮光學(xué)檢測方法,其特征在于: 所述步驟C之前還包括:按照所述子步驟Cl至C7，測量至少兩個已知氨氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣所對應(yīng)的氨敏膜片吸光度，建立所述吸光度與氨氮濃度的線性依賴關(guān)系。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的水樣氨氮光學(xué)檢測方法,其特征在于: 所述步驟C之前還包括:根據(jù)光電探測器輸出的起始信號強(qiáng)度的不同，按照所述子步驟Cl至C7測量至少兩個已知氨氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣所對應(yīng)的氨敏膜片吸光度，建立多個吸光度與氨氮濃度的線性依賴關(guān)系； 所述子步驟CS包括:測量未知水樣對應(yīng)的氨敏膜片吸光度，并按照光電探測器在氨敏膜片變色前輸出的信號強(qiáng)度從所述多個吸光度與氨氮濃度的線性依賴關(guān)系中選擇對應(yīng)的吸光度與氨氮濃度的線性依賴關(guān)系式。
【文檔編號】G01N21/31GK103630505SQ201310154085
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】祁志美, 李洋, 逯丹鳳 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所