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)測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用原子熒光光譜原理在線監(jiān)測水中重金屬元素含量設備。
背景技術：
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，特別是其在生物體內易于累積，對于生態(tài)系統(tǒng)和人體健康存在著非常大的不利影響。為了及時準確地反映和了解水體中重金屬的存在狀況并加以治理，對于這些重金屬元素的在線監(jiān)測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障礙，主要表現為
一、在線分析中采用最多的是可見分光光度法，這種方法具有技術成熟、結果穩(wěn)定和便于推廣的優(yōu)勢，監(jiān)測綜合性污染指標(如水中的總磷、總氮等)時取得了良好的實用效果。但將該方法應用在單一的重金屬污染指標監(jiān)測時，會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，從而造成體系中嚴重而復雜的光譜重疊現象。特別是當目標元素含量低，而干擾元素含量很高時，準確的定量幾乎無法進行。而在實驗室中常用的分離或掩蔽等手段，雖然可以有效地去除干擾，但其操作過程復雜且針對性強，不適合由儀器自動完成，而難于在線監(jiān)測設備中有效地采用；
二、為此，目前的在線監(jiān)測設備普遍采用了電化學原理和方法進行分析。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，相對于其他分析方法而言，電化學法的穩(wěn)定性和重復性較差，尤其在面對潔凈程度較差的環(huán)境水樣時，由電極污染造成的漂移是不可避免的。另外，由于現場檢測要求的儀器維護率低，由于進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，從而大大提高了設備的運行成本；

發(fā)明內容
針對上述技術背景，本發(fā)明提出了一種基于原子熒光光譜原理在線監(jiān)測水中重金屬元素含量的儀器設備。本發(fā)明的目的是通過以下措施實現的
一種水中重金屬的在線分析儀，其特征是該儀器由進樣-反應系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學系統(tǒng)三部分組成；
1)所述進樣-反應系統(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);還原劑支路設有蠕動泵B (203);所述電磁閥B (206)、蠕動泵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)氫化物導管(209);所述石英原子化器(210)經氣態(tài)氫化物導管(209)與氣液分離器(208)相連；
3)所述光學系統(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，兩光路之間交叉設置。兩光路交叉的角度為90度。所述的進樣-反應系統(tǒng)中所述載氣(103)為氬氣。與蠕動泵A(202)連通的三通切換閥(201)，另外兩路分別連通標準液供給裝置和
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)還設有自動控制系統(tǒng)(401 )，其中蠕動泵A (202)、蠕動泵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控制系統(tǒng)相連。該系統(tǒng)還設有數據采集與處理系統(tǒng)(402)，數據采集與處理系統(tǒng)(402)和自動控制系統(tǒng)(401)相連。本發(fā)明采用原子熒光光譜法的原理。本發(fā)明相比現有技術具有如下優(yōu)點
本發(fā)明提出了基于原子熒光原理的重金屬在線監(jiān)測方法及儀器。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)出特定波長的熒光，利用熒光的強度定量，有效克服了分光光度法和電化學法在重金屬檢測方面的不足。其優(yōu)勢可以歸納為以下幾個方面
1.靈敏度高。原子熒光的強度與技法光源的強度成正相關，檢測方向為偏離入射光的方向(一般偏離角度是為90度)，因此幾乎是在無背景的情況下測定的，所以其靈敏度很聞;
2.譜線簡單，具有良好的選擇性。由于每種產生原子都是在自身的特征譜線激發(fā)下才可產生熒光，所以共存元素原子在待測元素的特征譜線激發(fā)下產生熒光的概率極低，而且原子熒光的譜線相對簡單，由光譜重疊所產生的干擾少，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2個數量級或以上，因此具有更廣泛的適應性；
4.儀器結構簡單且價格適宜，便于大量推廣應用。因為原子熒光的譜線簡單，因而不需要復雜昂貴的單色系統(tǒng)，可以通過采用適當的元件或電路設計形成無散射原子熒光在線監(jiān)測儀，具有性能和價格的雙重優(yōu)勢。同時，光譜法的穩(wěn)定性、可靠性以及相關設備的簡單耐用等特點，都使原子熒光法成為一種非常實用且應用前景極佳的重金屬在線監(jiān)測方法。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)測儀器，利用某種具體元素原子的特征譜線誘導熒光，最大限度地克服了重金屬測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備。當水中含有多種重金屬元素時，由于每種產生原子都是在自身的特征譜線激發(fā)下才可產生熒光，所以共存元素原子在待測元素的特征譜線激發(fā)下產生熒光的概率極低，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)測儀組成原理圖。101:標準樣品或水樣，102 :載流液，103 :還原劑，104 :載氣，105 :廢液；106 :廢液 201 :三通切換閥，202 :蠕動泵A，203 :蠕動泵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 :自動控制系統(tǒng)，402 :數據采集與處理系統(tǒng)。附圖2 :應用原子熒光重金屬在線儀器，在實施例1的條件步驟下測得的水中Cd的標準曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述。實施例1
以構建的原子熒光法重金屬在線監(jiān)測儀測定水中的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，蠕動泵A(202)啟動將載流液吸入定量環(huán)(205)并流入混合池(207)、氣液分離器(208)，同時蠕動泵B(203)啟動，將還原劑NaBH4 (硼氫化鈉)吸入管路并流入混合池,并經氣液分離器208的廢流排放出口排放掉，完成對管路的清洗；
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，蠕動泵A (202)啟動將樣品吸入定量環(huán)(205)后，多余樣品經電磁閥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，蠕動泵A (202)將載流液吸入后，多余的載流液經電磁閥A (204)的2位至3位從廢液管(105)排出，完成對樣品的定量采樣過程；
3、樣品反應三通切換閥(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，蠕動泵A(202)啟動將貯存于定量環(huán)(205)中的樣品推送至混合池(207)，同時啟動蠕動泵B (203)并打開載氣(104)，樣品和NaBH4于混合池中混合并快速反應，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，被氬氣攜帶經導管(209)進入石英原子化器(210)中，氫氣在石英原子化器(210)的頂端燃燒形成氫火焰(301)； 5、光學系統(tǒng)探測來自于鎘元素高性能空心陰極燈(302)(陰極燈與待測重金屬元素相對應)的228. 80 nm譜線(306)經過聚光透鏡A (304)的會聚照射到氫火焰(301)上，氫火焰中存在的Cd原子被激發(fā)，發(fā)出熒光(307)經聚光透鏡B(305)后被光電倍增管(303)接收，形成正比于突光強度的光電流。實施例二
本發(fā)明的原子熒光法重金屬在線監(jiān)測儀還設有自動控制系統(tǒng)401和數據采集與處理系統(tǒng)402。實施例一中由自動控制系統(tǒng)401控制空心陰極燈302的調制頻率(200Hz)、占空t匕(1:5)以及空心陰極燈的燈電流，預熱和點亮時間。同時控制光電倍增管303的采樣時間。光電倍增管303產生的信號經數據采集與處理系統(tǒng)(402)調理和放大后，換算為樣品中Cd元素的含量，并最終由自動控制系統(tǒng)(401)完成數據的顯示、記錄和傳遞等。實施例三
采用實施I的方法，測定水中Cd的標準曲線圖如圖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2個數量級或以上，儀器靈敏度，具有廣泛的適應性。
權利要求
1.一種水中重金屬的在線分析儀，其特征是該儀器由進樣-反應系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學系統(tǒng)三部分組成； 1)所述進樣-反應系統(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);還原劑支路設有蠕動泵B(203);所述電磁閥B (206)、蠕動泵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)氫化物導管(209);所述石英原子化器(210)經氣態(tài)氫化物導管(209)與氣液分離器(208)相連； 3)所述光學系統(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.根據權利要求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，兩光路之間交叉設置。
3.根據權利要求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.根據權利要求1所述水中重金屬的在線分析儀，其特征是所述的進樣-反應系統(tǒng)中所述載氣(103)為氬氣。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是與蠕動泵A(202)連通的三通切換閥(201)，另外兩路分別連通標準液供給裝置和載流液供給裝置。
6.根據權利要求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位與蠕動泵A (202)連通，電磁閥B(206)的I位與混合池(207)連通。
7.根據權利要求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.根據權利要求1所述的水中重金屬的在線分析儀，其特征是該系統(tǒng)還設有自動控制系統(tǒng)(401)，其中蠕動泵A (202)、蠕動泵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控制系統(tǒng)相連。
9.根據權利要求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)還設有數據采集與處理系統(tǒng)(402)，數據采集與處理系統(tǒng)(402)和自動控制系統(tǒng)(401)相連。
10.根據權利要求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)測儀。包括進樣-反應系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)和光學系統(tǒng)。進樣-反應系統(tǒng)將水樣或標準溶液定量引入儀器并與還原劑反應生成氣態(tài)的重金屬氫化物，由載氣攜帶經過水汽分離后進入原子化系統(tǒng)，于合適溫度下氣態(tài)氫化物分解為金屬原子，在光學系統(tǒng)特定波長激發(fā)光的激發(fā)作用下，氣態(tài)金屬原子產生共振或非共振熒光，通過對熒光強度的測量，獲得重金屬元素的定量結果。本發(fā)明充分利用了原子熒光光譜分析原理的優(yōu)勢，實現了水中重金屬元素高靈敏度快速的在線監(jiān)測并最大限度地避免了分析干擾問題。
文檔編號G01N21/64GK103018227SQ20121057753
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者王建偉, 洪陵成 申請人:江蘇德林環(huán)保技術有限公司