專利名稱：超聲波與臭氧協(xié)同作用測量化學耗氧量和總有機碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境化學監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是利用超聲空化效應(yīng)與臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光技術(shù)測量水體化學耗氧量(COD)以及水體總有機碳(TOC)的方法。
背景技術(shù)：
化學耗氧量，英文名稱為Chemical Oxygen Demand，縮寫為COD；總有機碳，英文名稱為Total Organic Carbon，縮寫為TOC。
目前國內(nèi)測量水體化學耗氧量(COD)的方法大體還是在基于實驗室平臺上進行，采用堿性高錳酸鹽氧化滴定的分析方法，該方法持續(xù)時間長，分析過程繁雜，條件苛刻、試劑消耗量大、產(chǎn)生二次污染等，對于復(fù)雜多變的環(huán)境，例如污染有機物的結(jié)構(gòu)和濃度受時空影響大，多數(shù)又處于相互關(guān)聯(lián)、相互影響的狀態(tài)；環(huán)境中溫度壓力變化大；對于海洋高濃度離子，如氯離子，含量相對穩(wěn)定等因素，其結(jié)果的準確性和可信性將受到質(zhì)疑。
近年來，隨著電子技術(shù)、新材料、新工藝、新的光學器件的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的日新月異，采用錳法滴定自動分析儀以及以流動注射方式為基礎(chǔ)的光度分析儀來測量海水化學耗氧量的方法相應(yīng)出現(xiàn)，但由于某些實現(xiàn)方面的技術(shù)難度太大，雖然這些擺脫了實驗室分析的一些缺點，但離現(xiàn)場實時工作的模式還有一段距離，如試劑消耗量大、現(xiàn)場、實時運行周期短、穩(wěn)定性差、靈敏度和分辨率低、離子干擾等難以克服的缺陷，并沒有真正意義上實現(xiàn)現(xiàn)場實時連續(xù)工作的模式。
目前國內(nèi)測量總有機碳(TOC)的方法大體同樣是在基于實驗室平臺上進行，采用的原理主要有以下幾種(1)高溫催化燃燒-非色散紅外探測(NDIR)，即高溫氧化法；(2)應(yīng)用過硫酸鹽等氧化劑氧化-非色散紅外探測(NDIR)，即濕法氧化；(3)紫外(UV)-過硫酸鹽氧化-非色散紅外探測(NDIR)，即紫外線加濕法氧化等分析方法。
(1)高溫催化燃燒氧化-非色散紅外探測(NDIR)測定原理是將一定量水樣注入高溫爐內(nèi)的石英管，在900-950℃溫度下，以鉑和三氧化鈷或三氧化二鉻為催化劑，使有機物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳，然后利用非色散紅外探測(NDIR)原理用紅外線氣體分析儀測定CO2含量，從而確定水樣中總有機碳(TOC)的含量，(2)濕法氧化(過硫酸鹽)-非色散紅外探測(NDIR)測定原理是過硫酸鉀是氧化劑，在反應(yīng)過程中，要結(jié)合高溫和高壓，在此條件下，過硫酸鉀氧化有機碳物質(zhì)，生成二氧化碳，所生成的二氧化碳同樣導(dǎo)入非色散紅外檢測器，通過檢測器對二氧化碳進行測量，可得到TOC的濃度。
(3)紫外(UV)-過硫酸鹽氧化-非色散紅外探測(NDIR)方法基本與(2)相同，只是加入紫外(UV)線照射，輔助氧化劑氧化。
上述方法不同程度存在著以下缺陷1、必須在實驗室中完成，應(yīng)用不能現(xiàn)場實時，范圍受到限制。2、分析持續(xù)時間長，至少需要1小時。3、分析過程繁雜，條件苛刻、能耗大，對實驗人員的技術(shù)水平要求高。4、必須使用化學試劑，產(chǎn)生二次污染，不利于環(huán)保。
雖然近年來，隨著電子技術(shù)、新材料、新工藝、新的光學器件的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的日新月異，采用全自動自動分析模式以及以流動注射方式為基礎(chǔ)的模式相應(yīng)出現(xiàn)，但由于某些實現(xiàn)方面的技術(shù)難度太大，雖然這些擺脫了實驗室分析的一些缺點，但離現(xiàn)場實時工作的模式還有一段距離，如試劑消耗量大、現(xiàn)場、實時運行周期短、穩(wěn)定性差、靈敏度和分辨率低、等難以克服的缺陷，并沒有真正意義上實現(xiàn)現(xiàn)場實時連續(xù)工作的模式。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明提出了一種新穎的現(xiàn)場測量方法，即利用超聲空化效應(yīng)與臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光技術(shù)測量水體化學耗氧量(COD)以及水體總有機碳(TOC)的方法。
為了達到解決上述技術(shù)技術(shù)問題的目的，本發(fā)明的方法步驟如下(1).利用超聲波發(fā)生器，帶換能器，產(chǎn)生機械振動，換能器頭部插入?yún)f(xié)同反應(yīng)室；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器進入水樣反應(yīng)室內(nèi)；
(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫后，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的水樣反應(yīng)室；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化效應(yīng)進一步使臭氧與水樣之間能夠混合充分，兩者協(xié)同作用，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室的光電倍增管對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率100KHz-1MHz。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征所述的臭氧流量為100-200ml/min，濃度為2-4mg/l。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征水樣經(jīng)過加溫，溫度范圍為40±5℃。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征所述的過濾隔離器用多孔材料-特氟隆，使臭氧氣體從多孔材料表面的微孔中冒出，混合到周圍的被測水樣中。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，波長范圍在185-850nm。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征光電倍增管采用日本濱松PhotosensorModules H5784 Series。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征對反應(yīng)室光學密封的措施進出水口的管路外層纏上防水黑色絕緣膠帶，需透氣的地方采取多層隔光結(jié)構(gòu)，從而使反應(yīng)在黑暗的環(huán)境中進行，達到反應(yīng)室的光學密封。
在本發(fā)明中，還具有以下技術(shù)特征微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過軟件編程實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和信號處理。
本發(fā)明的利用超聲空化效應(yīng)與臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光技術(shù)測量水體化學耗氧量(COD)和水體總有機碳(TOC)的方法，是目前環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的重要組成部分，它是應(yīng)用超聲空化效應(yīng)和臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光原理，即應(yīng)用超聲波的聲空化效應(yīng)和臭氧一起對水體有機物進行處理，在處理過程中產(chǎn)生的化學發(fā)光信號，通過微光光電轉(zhuǎn)換技術(shù)對反應(yīng)過程中產(chǎn)生的光信號進行檢測拾取，經(jīng)放大、量化、時間序列積分處理后，得出水體化學耗氧量(COD)和水體總有機碳(TOC)含量。
對比如下水體化學耗氧量(COD)

水體總有機碳(TOC)

通過上表可以看出，本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的效果。
具體利用超聲空化效應(yīng)與臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光技術(shù)測量水體化學耗氧量(COD)和水體總有機碳(TOC)的方法，包括以下步驟和措施1.利用超聲波發(fā)生器，帶換能器，產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，換能器頭部插入反應(yīng)室2cm深度；2.利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，并保證在100-200ml/min流量下臭氧的濃度為2-4mg/l，將其送入反應(yīng)室；3.水樣經(jīng)過過濾、加溫裝置，升溫到40±5℃，由流量泵輸入反應(yīng)室；4.臭氧與水體在反應(yīng)室進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器尖嘴產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，為了保證這個過程中產(chǎn)生的光信號能被完整檢測到，對反應(yīng)室進行光學密封，并設(shè)有探測窗口探測信號。利用多孔材料-特氟隆使臭氧氣體從多孔材料表面的小孔中冒出，混合到周圍的被測水樣中，增加氣液相接觸面積，同時超聲波產(chǎn)生的微射流加大氣相液相間的傳質(zhì)動力，使得氣液混合充分，反應(yīng)效率得以加強。
5.光學密封的措施反應(yīng)室設(shè)計時，采用不透光材料，進出水口的管路外層纏上防水黑色絕緣膠帶，需透氣的地方采取多層隔光結(jié)構(gòu)，從而使反應(yīng)在黑暗的環(huán)境中進行，達到反應(yīng)室的光學密封。
6.對反應(yīng)室進行耐腐蝕設(shè)計，因為臭氧和大量待測樣品具有高腐蝕性，所以臭氧輸送管路、廢水排除管路采用聚四氟材料，反應(yīng)室采用不銹鋼材料；7.利用光電倍增管對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理、顯示、打印輸出。
反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號一般波長范圍在185-850nm，光電倍增管可以對這個范圍的光信號進行采集，反應(yīng)室產(chǎn)生的微弱光信號經(jīng)光學鏡頭聚能，導(dǎo)入光電倍增管，光信號經(jīng)光電倍增管處理轉(zhuǎn)換為電信號輸出，輸出電信號經(jīng)微弱信號放大電路進行轉(zhuǎn)換，放大到一定電壓幅度送數(shù)據(jù)處理部分的A/D轉(zhuǎn)換通道進行量化，時間序列積分處理。
本發(fā)明的光電倍增管采用日本濱松Photosensor Modules H5784 Series。利用微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過軟件編程實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和信號處理。
在數(shù)據(jù)處理方面，采用標準物質(zhì)對光學系統(tǒng)增益、試樣濁度等能引起系統(tǒng)誤差的因素進行數(shù)據(jù)修正處理。
經(jīng)實驗室標定和現(xiàn)場測試等措施，來獲取不同水體的信號修正系數(shù)，建立修正系數(shù)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)信號時間序列積分數(shù)據(jù)和標準COD和TOC的對應(yīng)關(guān)系，即可測出被測水樣的化學耗氧量(COD)總有機碳(TOC)并進行輸出顯示。
所述的臭氧發(fā)生裝置，是將空氣經(jīng)過濾干燥后被高壓擊發(fā)，產(chǎn)生高濃度臭氧。
本發(fā)明利用超聲空化效應(yīng)與臭氧氧化協(xié)同過程中化學發(fā)光技術(shù)測量水體化學耗氧量(COD)以及水體總有機碳(TOC)的方法，不需添加試劑，不產(chǎn)生二次污染，能夠準確、連續(xù)、快速的測試水體總有機碳(TOC)和化學耗氧量(COD)，可在惡劣的環(huán)境中長期可靠工作。


圖1是本發(fā)明的方法測量的流程圖。
圖2是反應(yīng)室及光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
在圖2中，1.光電倍增管；2.探測窗口；3.水樣反應(yīng)室；4.超聲波換能器；4-1.密封圈；5.出水口；6.進水口；7.過濾隔離器；8.臭氧進氣口；9.臭氧氣室；10.換向閥連接頭；11.協(xié)同反應(yīng)室。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
如圖1所示在測量過程中，系統(tǒng)控制流量泵按預(yù)定的流量進行水樣輸送，水樣通過過濾裝置和溫控模塊輸送到反應(yīng)室。過濾裝置的目的是保證水樣無浮游物和低濃度懸浮物。溫控模塊是保證水體微生物在氧化過程中，不會出現(xiàn)生物發(fā)光現(xiàn)象。
如圖1所示，臭氧發(fā)生裝置由空氣過濾器、空氣干燥器、空氣泵及其控制驅(qū)動部分、可控高壓發(fā)生器、臭氧發(fā)生電離室等組成?？諝饨?jīng)過濾干燥后由空氣泵送入臭氧發(fā)生電離室，在這里被高電壓激發(fā)產(chǎn)生高濃度臭氧，送入反應(yīng)室。在這里，采用控制原理，控制可調(diào)高壓發(fā)生器的電壓輸出，并配合對空氣泵的控制，來保證產(chǎn)生臭氧的濃度和流量滿足本方法的要求。
反應(yīng)室是整個系統(tǒng)的核心部分，它由反應(yīng)室、氣室、多孔材料-特氟隆微以及氣室壓力報警系統(tǒng)等組成。
水樣送入反應(yīng)室，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生空化效應(yīng)協(xié)同臭氧一起與水樣迅速反應(yīng)，產(chǎn)生的光信號由反應(yīng)室側(cè)壁的光學探測裝置-光電倍增管(日本濱松Photosensor Modules H5784 Series)進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；利用微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過軟件編程實現(xiàn)對信號進行處理，時間序列積分后，根據(jù)積分后的數(shù)據(jù)與標準的TOC和COD對照關(guān)系測出水樣的總有機碳(TOC)和化學耗氧量(COD)輸出顯示。
參見圖2，協(xié)同反應(yīng)室用標記11總代表。協(xié)同反應(yīng)室11主要由光電倍增管1、探測窗口2、超聲波換能器4、水樣反應(yīng)室3、過濾隔離器7和臭氧氣室9所構(gòu)成。
超聲波換能器4頭部需插入水樣反應(yīng)室3約20mm。為了密封，在超聲波換能器4與水樣反應(yīng)室3的接觸面設(shè)有密封圈4-1。
過濾隔離器7的作用是既隔離水樣下落又可使臭氧進入水樣反應(yīng)室3。
為了保證臭氧與水樣之間能夠充分混合，過濾隔離器7采用多孔材料-特氟隆，使臭氧氣體從多孔材料表面的微孔中冒出，混合到周圍的被測水樣中，多孔材料-特氟隆使用目的是增加氣液相接觸面積，加大傳質(zhì)動力，混合充分，反應(yīng)效率得以加強。
水樣反應(yīng)室3設(shè)計時，采用不透光材料，進出水口的管路外層纏上防水黑色絕緣膠帶，需透氣的地方采取多層隔光結(jié)構(gòu)，從而使反應(yīng)在黑暗的環(huán)境中進行，達到反應(yīng)室的光學密封。
對水樣反應(yīng)室3進行耐腐蝕設(shè)計，因為臭氧和大量待測樣品具有高腐蝕性，所以臭氧輸送管路、廢水排除管路采用聚四氟材料，水樣反應(yīng)室3采用不銹鋼材料制成。
在測量過程中，水樣送入水樣反應(yīng)室3，而臭氧從臭氧氣室9經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3，同時超聲波發(fā)生器換能器4尖嘴產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用。利用多孔材料-特氟隆使臭氧氣體從多孔材料表面的小孔中冒出，混合到周圍的被測水樣中，增加氣液相接觸面積，同時超聲波產(chǎn)生的微射流加大氣相液相間的傳質(zhì)動力，使得氣液混合充分，反應(yīng)效率得以加強。
反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號一般波長范圍在185-850nm，光電倍增管1可以對這個范圍的光信號進行采集，水樣反應(yīng)室3產(chǎn)生的微弱光信號經(jīng)光學鏡頭聚能，導(dǎo)入光電倍增管1，光信號經(jīng)光電倍增管1處理轉(zhuǎn)換為電信號輸出，輸出電信號經(jīng)微弱信號放大電路進行轉(zhuǎn)換，放大到一定電壓幅度送數(shù)據(jù)處理部分的A/D轉(zhuǎn)換通道進行量化，時間序列積分處理，顯示、打印輸出。
本發(fā)明的光電倍增管1采用日本濱松Photosensor Modules H5784 Series。
實施例1，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；
(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為100ml/min，濃度為2mg/l；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至40℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化效應(yīng)進一步使臭氧與水樣之間能夠混合充分，兩者協(xié)同作用，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
實施例2，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為200ml/min，濃度為4mg/l；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至45℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，使臭氧與水樣之間能夠充分混合，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
實施例3，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為150ml/min，濃度為3mg/l；
(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至35℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，使臭氧與水樣之間能夠充分混合，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
實施例4，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為130ml/min，濃度為3.5mg/l；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至39℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，使臭氧與水樣之間能夠充分混合，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
實施例5，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為170ml/min，濃度為2.5mg/l；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至42℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；
(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，使臭氧與水樣之間能夠充分混合，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
實施例6，步驟如下(1).超聲波換能器4產(chǎn)生頻率100KHz-1MHz范圍內(nèi)的機械振動，超聲波換能器頭部插入反應(yīng)室約2cm深度；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器7進入水樣反應(yīng)室3內(nèi)，臭氧的流量為190ml/min，濃度為2.8mg/l；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫至38℃，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室11的水樣反應(yīng)室3；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室3進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器4頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，兩者協(xié)同作用，使臭氧與水樣之間能夠充分混合，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室11的光電倍增管1對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
在上述實施例中，光電倍增管1采用日本濱松Photosensor Modules H5784Series。
從海水浴場、碼頭、遠海等幾處海區(qū)取樣，分成兩份。一份在山東省海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)重點實驗室進行檢測，一份用本發(fā)明的方法進行監(jiān)測。
本方法與《海洋監(jiān)測規(guī)范-海水分析(GB17378.4-1998)》所測量COD、TOC值的比較如下

實驗表明，兩者方法有良好的對應(yīng)關(guān)系，其結(jié)果偏差小于等于10％。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波與臭氧協(xié)同作用測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于包括以下步驟(1).利用超聲波發(fā)生器，帶換能器，產(chǎn)生機械振動，換能器頭部插入?yún)f(xié)同反應(yīng)室；(2).利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將其送入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的臭氧氣室，經(jīng)過濾隔離器進入水樣反應(yīng)室內(nèi)；(3).被測水樣經(jīng)加溫裝置，升溫后，由流量泵輸入?yún)f(xié)同反應(yīng)室的水樣反應(yīng)室；(4).臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化效應(yīng)進一步使臭氧與水樣之間能夠混合充分，兩者協(xié)同作用，產(chǎn)生光信號；(5).利用協(xié)同反應(yīng)室的光電倍增管對反應(yīng)所發(fā)出的光強度信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，對采集的信號進行量化、時間序列積分處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率100KHz-1MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，所述的臭氧流量為100-200ml/min，濃度為2-4mg/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，水樣經(jīng)過加溫，溫度范圍為40±5℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，所述的過濾隔離器用多孔材料-特氟隆，使臭氧氣體從多孔材料表面的微孔中冒出，混合到周圍的被測水樣中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，反應(yīng)所發(fā)出的光信號為微弱的化學發(fā)光信號，波長范圍在185-850nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，光電倍增管采用日本濱松Photosensor Modules H5784 Series。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，對反應(yīng)室光學密封的措施進出水口的管路外層纏上防水黑色絕緣膠帶，需透氣的地方采取多層隔光結(jié)構(gòu)，從而使反應(yīng)在黑暗的環(huán)境中進行，達到反應(yīng)室的光學密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于，微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過軟件編程實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和信號處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超聲波與臭氧協(xié)同作用測量化學耗氧量和總有機碳的方法，其特征在于臭氧與水樣在水樣反應(yīng)室進行混合，同時超聲波發(fā)生器換能器頭部產(chǎn)生機械振動對水體產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化效應(yīng)進一步使臭氧與水樣之間能夠混合充分，兩者協(xié)同作用，產(chǎn)生光信號；用光電倍增管對光信號進行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對采集的信號進行處理后與標準TOC、COD關(guān)系曲線對照后顯示、打印輸出。本發(fā)明的方法，不需添加試劑，不產(chǎn)生二次污染，可準確、連續(xù)、快速的測試水體總有機碳和化學耗氧量。
文檔編號G01N1/38GK1737542SQ20051004460
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者劉巖, 侯廣利, 孫繼昌, 杜立彬, 高楊, 尤小華, 徐珊珊, 程巖, 孟慶明, 程廣欣 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所