一種總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定的方法與儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境污染監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。具體是涉及一種可對水中的總有機(jī)碳(TOC)和總氮(TN)在線自動進(jìn)行同步連續(xù)實時測定的儀器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水體的有機(jī)污染，又稱為富營養(yǎng)化污染，主要是由于人類活動向水體中排放了超出水體自潔能力的過量營養(yǎng)物質(zhì)。其中，總有機(jī)碳(T0C)、總氮(TN)常用來衡量水體遭受有機(jī)污染的程度。
[0003]監(jiān)測和防止水質(zhì)有機(jī)污染的最佳方法是運用在線自動測定儀器，對廢水的T0C、TN等環(huán)境污染指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)不斷的測量與監(jiān)管。然而，截至目前，在水質(zhì)在線自動測定儀器方面尚存在如下缺點和不足:(1)儀器功能比較單一。同一臺儀器一般只能用于測定一個指標(biāo)，如美國 HACH 公司的 AstroTOC UV、Auto T0C1950、AstroTOC HT ；STAR 公司的T0C-1000-4000:日本 TORAY 株式會社的 T0C-620、SFIMADZU 株式會社的 T0C4100、YANACO株式會社的T0C-3A ;德國MAIHAK公司的T0C0R20和WTW公司的ON-Lime TOC 200 ；比利時APPLIFEK 公司的 APPLI TOC ;英國 PPM 公司的 PRO T0C300 ;法國 SERES 公司的 T0C2000 ;中國河北先河的XHT0C-90和北京利達(dá)的WW-050/T0C等儀器型號，只能用于測定TOC —項指標(biāo)。日本TORAY株式會社的TN-520 ;中國青島聚創(chuàng)的TN-1A型總氮檢測儀等，只測定TN—個指標(biāo)。(2)不能進(jìn)行多參數(shù)同步測量。少數(shù)儀器雖說可以測定多個指標(biāo)，如德國AJ的MoniTOC/TN、LARge 的 Quick TOC ;日本 TORAY 的 TNC-6200 ;德國 WTW TresCon 公司 6B-2000 多參數(shù)水質(zhì)快速測定儀等，但其對不同參數(shù)的測定仍然是單獨進(jìn)行的。如Quick TNP的TN氧化采用1200°C高溫燃燒法，而TP氧化則采用UV-過硫酸鹽消解法，其操作過程也是分離的；又如日本島津TNP-4110總磷總氮分析儀在TN、TP測量時均采用了過硫酸鹽-紫外氧化消解法，但兩個系統(tǒng)從進(jìn)樣、氧化到檢測，整個流程都是獨立運行的。這類儀器事實上只不過是將多個測試系統(tǒng)組合到一臺儀器上而已，因此難以做到多參數(shù)同步測定。(3)不能進(jìn)行連續(xù)實時監(jiān)測。現(xiàn)有的T0C、TN、TP分析儀器，每測定一個樣品，從進(jìn)樣到氧化再到檢測，一般需要耗時30min~60min，即便那些稱作在線測定儀的產(chǎn)品，如美國HACH的Phosphax Sigma、德國WTW的Tres.Ccon、日本TORAY的TP800等，其測定周期最少也為20min，從這方面講，這些儀器在本質(zhì)上仍為間歇式分析儀，既不能進(jìn)行不間斷地連續(xù)測定，亦無法獲得水質(zhì)的實時污染狀況。
[0004]總之，到目前為止，無論國內(nèi)國外，尚沒有出現(xiàn)可對TOC、TN兩個水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行同步連續(xù)實時測定的在線自動測定儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可同步連續(xù)實時測定水中總有機(jī)碳(T0C)、總氮(TN)的在線自動分析儀器。該儀器可在無人值守的情況下長期對水樣的總有機(jī)碳和總氮自動進(jìn)行連續(xù)不斷的同步實時測量，并可將測量結(jié)果實時顯示或與環(huán)境監(jiān)測部門主服務(wù)器連接，自動繪制成各種統(tǒng)計圖表。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，其主要包括采樣頭、試劑瓶、氧氣瓶、酸化反應(yīng)器、氧化反應(yīng)器、紅外CO2檢測器、紫外NO 3_檢測器、數(shù)據(jù)處理器、自動控制器、液晶顯示屏。所述采樣頭通過采樣管、采樣蠕動泵與所述酸化反應(yīng)器相連；所述試劑瓶通過試劑采樣管、試劑蠕動泵與所述酸化反應(yīng)器相連；所述氧氣瓶通過氧氣管、電子三通閥分別與所述酸化反應(yīng)器及所述氧化反應(yīng)器相連；所述酸化反應(yīng)器通過流體輸送管與所述氧化反應(yīng)器相連；所述氧化反應(yīng)器通過輸氣管與紅外CO2檢測器相連；所述氧化反應(yīng)器通過液體輸送管與紫外N03_檢測器相連；所述紅外CO 2檢測器和紫外NO 3_檢測器通過電路與數(shù)據(jù)處理器及液晶顯示屏相連；所有熱電偶、流量傳感器、三通電子閥、蠕動泵等均通過電路與自動控制器相連。
[0007]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述采樣蠕動泵與所述酸化反應(yīng)器之間的采樣管上設(shè)有采樣流量傳感器。
[0008]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述試劑蠕動泵與所述酸化反應(yīng)器之間的試劑采樣管上設(shè)有試劑流量傳感器。
[0009]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述酸化反應(yīng)器與氧化反應(yīng)器相連的流體輸送管上設(shè)有氣液分離器。
[0010]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述氧化反應(yīng)器與紅外0)2檢測器相連的輸氣管上設(shè)有半導(dǎo)體冷凝器和離子吸收器。
[0011]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述氧化反應(yīng)器的腔體外殼為外表面鍍銀的石英玻璃管，空腔內(nèi)插有4~6根可發(fā)射180nm-200nm短波紫外光的燈管，空腔由防水透氣膜分割為上下兩部分，上部為氣體腔，并與輸氣管相連，下部為液體腔，并與液體輸送管相連；空腔下部設(shè)有熱電偶，外殼四周包覆有電加熱套，并與自動控制器組成自反饋電路，以使空腔內(nèi)的液體溫度保持在90~98°C (優(yōu)選的為95°C)。
[0012]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述紅外0)2檢測器的的中心波長為4.26 μ mo
[0013]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述紫外NO3-檢測器主要由紫外燈排、多級濾光片、流通池和光電檢測器組成，其通過流通池的紫外線中心波長為 220nmo
[0014]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述采樣頭帶有過濾網(wǎng)(優(yōu)選的，過濾網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸為0.125_)，采樣頭直徑為2.0-4.0mm (優(yōu)選的，采樣頭直徑為 3.0mm)ο
[0015]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述采樣管、試劑采樣管、流體輸送管、液體輸送管均由聚四氟乙稀管制作，外徑為0.6-1.0mm (優(yōu)選的為0.8mm)，內(nèi)徑為0.2-0.4mm (優(yōu)選的為0.3mm)。
[0016]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述的氧氣管、輸氣管、排氣管均由娃橡膠制作，外徑為2-3mm (優(yōu)選的為2.5mm)，內(nèi)徑為l_2mm (優(yōu)選的為1.5mm)ο
[0017]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述試劑瓶中的試劑由硫酸和過硫酸鈉按照摩爾比1:3-3:1 (優(yōu)選的為1:2-2:1)的比例混合而成，質(zhì)量濃度為20%-30% (優(yōu)選的為 25%)。
[0018]所述的總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器，優(yōu)選的是，所述氧氣瓶中的氧氣為無碳、無氮的高純氧氣，其中，0)2含量小于0.5X10 _6 (V/V)、TOC含量小于0.4X10_6 (V/V)、TN含量小于4.0X10_6 (V/V)，壓力低限值為0.1MPa0
[0019]本發(fā)明還提供了根據(jù)所述總有機(jī)碳與總氮同步連續(xù)實時測定儀器自動在線同步連續(xù)實時測定總有機(jī)碳和總氮的方法，其步驟是。
[0020]將采樣頭插入待測水體一定深度；水樣在采樣蠕動泵的抽吸作用下，經(jīng)過采樣流量傳感器，進(jìn)入酸化反應(yīng)器。與此同時，啟動試劑蠕動泵，將試劑瓶中的試劑，經(jīng)過試劑流量傳感器亦送入到酸化反應(yīng)器內(nèi)；隨后，打開三通電磁閥，將氧氣瓶中的氧氣通過氧氣管分別輸入酸化反應(yīng)器內(nèi)和氧化反應(yīng)器內(nèi)，通過氣體流量傳感器反饋的數(shù)據(jù)，合理調(diào)整三通電子閥的氣體分配量，以保證酸化反應(yīng)器內(nèi)的液體處于微沸騰狀態(tài)；在酸化反應(yīng)器內(nèi)，待測水樣中的無機(jī)碳酸鹽與硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO2和硫酸鹽。
[0021]酸化反應(yīng)后的氣液固混合物，在蠕動泵及氧氣壓力的推動下，沿著流體輸送管流入汽液分離器中，由酸化反應(yīng)產(chǎn)生的無機(jī)CO2及載氣由排氣管排出，而酸化后的流體部分則沿著流體輸送管繼續(xù)前進(jìn)，流入氧化反應(yīng)器內(nèi)；在氧化反應(yīng)器內(nèi)，水樣中的有機(jī)物、含氮化合物，在紫外光、過硫酸鈉和溫度的聯(lián)合作用下，被氧化成C02、NO3-等高價狀態(tài)。
[0022]氧化反應(yīng)后的混合氣體，穿過防水透氣膜經(jīng)輸氣管由氧化反應(yīng)器上部流進(jìn)半導(dǎo)體冷凝器中，其中的水蒸氣被冷凝為水后從冷凝水管排出，而干燥的氣體首先進(jìn)入離子吸收器，以消除可干擾0)2檢測的雜質(zhì)離子，然后進(jìn)入紅外CO 2檢測器，待檢測讀數(shù)以后，廢氣由紅外CO2檢測器尾部排放。
[0023]而氧化反應(yīng)后的混合液體部分，則通過液體輸送管由氧化反應(yīng)器下部流入N03_檢測器。
[0024]N03_檢測器主要由變壓器、紫外燈排、濾光片、流通池、光電檢測器、信號放大器組成。當(dāng)混合液體流經(jīng)流通池時，光電檢測器可將波長為220nm紫外光的輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿霐?shù)據(jù)處理器。待讀數(shù)后，混合液體從流通池尾部排出。
[0025]最后，將0)2檢測器、NO 3_檢測器所獲得的電信號數(shù)據(jù)，一并傳送到數(shù)據(jù)處理器，在此，由檢測器獲得的電信號與已儲存在數(shù)據(jù)處理器中由標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定co2、N03_數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，便獲得實測水樣的TOC和TN數(shù)據(jù)；保持蠕動泵連續(xù)運行，儀器中的氣體和液體即可連續(xù)流動，檢測器便會連續(xù)不斷的獲得測量數(shù)據(jù)；根據(jù)不同指標(biāo)的響應(yīng)時間對數(shù)據(jù)處理器中的計時器加以調(diào)整，便可