專利名稱：一種自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種海洋監(jiān)測儀器，具體地說是一種自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的 直O(jiān)
背景技術(shù)：
總有機(jī)碳(簡稱TOC)是表征水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，它代表了水體中有 機(jī)物質(zhì)的總和。TOC不僅能夠反應(yīng)水體受有機(jī)物質(zhì)污染的程度，作為一種生源要素，還能夠 反應(yīng)水體中生命活動的情況，而且，TOC對于研究碳的全球循環(huán)具有重要的作用。目前，TOC 測定已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了江河、湖泊以及海洋監(jiān)測等方面，逐步成為了水質(zhì)監(jiān)測的常規(guī)參數(shù)。水體中TOC的測定通常由三個步驟組成(1)樣品的預(yù)處理，包括采樣、過濾、酸化 和除去無機(jī)碳；(2)水樣中TOC的氧化，產(chǎn)物為易于檢測的CO2，這是方法的核心；(3)氧化 產(chǎn)物的檢測，TOC氧化產(chǎn)生的CO2檢測方法較多，有非色散紅外吸收法(NDIR)、電導(dǎo)法、氫火 焰離子化法等，其中非色散紅外吸收法應(yīng)用最普遍。根據(jù)氧化原理不同，通常將TOC測定方法分為三類過硫酸鉀氧化法這是比較經(jīng)典的方法，又稱為濕化學(xué)氧化法，原理為除去水樣 中的無機(jī)碳，用過硫酸鉀做氧化劑，在密封的玻璃安瓿瓶中加熱(溫度為100°c左右)，將 TOC氧化，分析所產(chǎn)生的CO2來計算樣品的TOC濃度。該方法設(shè)備簡單，容易實(shí)施，但操作繁 瑣，精密度不是很高，不易實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)測定。紫外-過硫酸鉀氧化法在氧化劑過硫酸鉀存在下，用高強(qiáng)度紫外光照射水樣，使 其中的有機(jī)物分解生成無機(jī)碳，根據(jù)所產(chǎn)生的CO2或者CH4分析有機(jī)碳含量，該法的最大優(yōu) 點(diǎn)是易于自動分析。高溫燃燒法除去無機(jī)碳的海水樣品，注入裝有催化劑的石英燃燒管中，在高溫下 將有機(jī)物定量氧化成C02，CO2濃度與水樣中的有機(jī)碳成正比。該法對有機(jī)物氧化完全，但缺 點(diǎn)是測定海水時需要的耗材過多，價格較昂貴。目前市場上已經(jīng)有利用這些原理制作的儀器，主要存在以下問題(1)國產(chǎn)儀器 精密度低，檢出限高，只能用于工業(yè)污水等淡水體系中高濃度TOC的測定，不能滿足海水中 低濃度TOC的分析；(2)國外進(jìn)口儀器價格昂貴，關(guān)鍵部位氧化管需要經(jīng)常更換，不但造成 測定成本過高，不適合我國國情，而且增加了儀器的維護(hù)難度，影響了數(shù)據(jù)的延續(xù)性；(3) 目前市售儀器均沒有很好的實(shí)現(xiàn)TOC的自動在線監(jiān)測，尤其是不能實(shí)現(xiàn)船載實(shí)時測定，不 能滿足海洋調(diào)查的全方位、立體化監(jiān)測需要。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置， 利用自動控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣、測定和數(shù)據(jù)處理的自動化，可實(shí)現(xiàn)TOC的自動在線測定。本實(shí)用新型包括吹除酸化后樣品中無機(jī)碳的無機(jī)碳去除單元、自動定量進(jìn)樣的進(jìn) 樣單元、將有機(jī)碳氧化成無機(jī)碳酸鹽的氧化單元、冷卻單元、氣液分離單元和二氧化碳檢測單元。其中(1)所述無機(jī)碳去除單元有兩個入口，分別與待測樣品源和酸化試劑磷酸相連。電磁閥的開閉控制磷酸的加入，氣體壓力提供動力，載氣從下往上吹除酸化后樣品中的無機(jī) 碳。單元內(nèi)有4個鉬金電極，分別控制進(jìn)樣和出水水位。(2)所述進(jìn)樣單元，位于進(jìn)樣口端和無機(jī)碳去除單元之間，進(jìn)純水口端和純水瓶之 間分別連接有蠕動泵，六通閥，另外兩個端口連接定量圈，六通閥在兩個狀態(tài)間切換，一個 狀態(tài)進(jìn)純水，另一個狀態(tài)進(jìn)樣品，這樣能保證管路中一直充滿液體，同時實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)樣。樣 品先在一個三通中與氧化劑(過硫酸鉀和硼酸鈉的混合溶液)混合，然后在下一個三通與載 氣混合。在此，過硫酸鉀用于氧化樣品中有機(jī)物，硼酸鈉作為緩沖劑，保證氧化反應(yīng)的PH值 維持在8. 5左右。載氣為用堿石灰去除了二氧化碳的空氣，用于分隔樣品，避免前后樣品相 混。樣品在與氧化劑和載氣混合后，進(jìn)入混合圈進(jìn)行充分的混合，然后進(jìn)入氧化單元。(3)所述氧化單元的核心部件是石英螺旋管和紫外燈，石英螺旋管用高純石英管 繞成螺旋狀，將500W紫外燈包圍在中心，整個裝置放置在一個恒溫、常壓、防紫外光透過的 容器中。溫度通過傳感器和直流風(fēng)機(jī)控制在80 100°C之間。(4)所述氣液分離單元由氣液混合件和分離件組成，樣品在混合件里與載氣混合， 然后進(jìn)入分離件，在分離件中，氣液在平鋪板上由于折流作用分離，載氣載帶著分離出的二 氧化碳上行，液體順著平鋪板及引流柱下行，由排廢口流出，三層半徑不一的平鋪板保證了 氣液分離的高效率，從而達(dá)到氣液分離的目的。(5)所述二氧化碳檢測單元包括電子冷凝器，除鹵管，過濾器，二氧化碳?xì)怏w傳感 器，工控機(jī)。氣體先通過冷凝器，冷卻到2°C左右除去水蒸氣，再通過除鹵管，除去可能存在 的鹵素氣體，然后通過過濾器，除去可能存在的顆粒物，最后進(jìn)入二氧化碳檢測器，產(chǎn)生的 信號傳送到工控機(jī)。本實(shí)用新型的工作過程為向待測樣品中加入磷酸，載氣從下往上吹除樣品中的 無機(jī)碳，然后將定量體積的樣品，通過六通閥送入到管路中，六通閥轉(zhuǎn)向，繼續(xù)向管路中進(jìn) 純水，將樣品間隔開，在三通處與過硫酸鉀-硼酸鈉溶液混合。經(jīng)過混合螺旋圈混合均勻 后，在紫外裝置中加熱并受紫外光照催化反應(yīng)，樣品中有機(jī)碳氧化成無機(jī)碳酸鹽。經(jīng)過螺旋 圈降溫后，在三通處與鹽酸混合后無機(jī)碳酸鹽轉(zhuǎn)化成碳酸。進(jìn)入氣液分離器后，載氣將溶液 中的碳酸吹成二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入電子冷卻器，在電子冷卻器中，氣體中的水蒸氣轉(zhuǎn)化成液 體排出，二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過脫商柱和膜過濾器后進(jìn)入非色散紅外分析儀檢測。本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，采用了較溫和的紫外-過硫酸鹽氧化；通過去除無 機(jī)碳單元，最大程度地減小了無機(jī)碳的影響；六通閥自動定量進(jìn)樣，特殊的氣液分離單元， 使得絕大多數(shù)的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入了檢測器檢測，保證了測量的準(zhǔn)確度；可同時測定水樣 中的無機(jī)碳和有機(jī)碳，實(shí)現(xiàn)海水中TOC的快速、自動在線測定；運(yùn)行成本低，能在現(xiàn)場連續(xù) 自動測量，及時提供TOC的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以滿足海洋調(diào)查日益發(fā)展的需要，為全方位立體化 研究海洋服務(wù)；應(yīng)用范圍廣，不但能夠應(yīng)用于海洋研究、海洋監(jiān)測和海洋漁業(yè)等海洋領(lǐng)域， 還可用于淡水的研究監(jiān)測和環(huán)保部門，有著巨大的產(chǎn)業(yè)前景。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0019][0019]其中，1-樣品瓶，2-廢液瓶，3-磷酸瓶，4-純水瓶，5-氧化劑瓶，6-鹽酸瓶， 701 706-蠕動泵，801 804-電磁閥，9-無機(jī)碳分離反應(yīng)器，10-六通閥，11-定量環(huán)， 12-空氣處理器，13-四通，14-混合圈，15-石英管，16-紫外燈，17-催化反應(yīng)箱，18-冷卻 管，19-三通，20-混合圈，21-氣液混合件，22-氣液分離件，23-電子除濕器，24-除鹵管， 25-過濾器，26-C02氣體傳感器，27-工控機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型測定前需要開機(jī)預(yù)熱30min，待紫外裝置17中溫度穩(wěn)定后，開啟蠕動泵703-706和電磁閥802和804。樣品由泵701泵入去除無機(jī)碳裝置，并進(jìn)液 到一定高度后，電磁閥803開啟1秒后關(guān)閉，打入磷酸溶液，然后電磁閥802開啟，載氣開始 鼓泡，去除無機(jī)碳。吹氣持續(xù)3分鐘后，電磁閥802關(guān)閉，蠕動泵702開啟，同時蠕動泵703 關(guān)閉，開始進(jìn)樣。進(jìn)樣ImL后蠕動泵702關(guān)閉，703開啟，泵入用作載流的純水。樣品分別與 氧化劑和載氣在2個三通混合后，進(jìn)入混合圈13進(jìn)行充分混合，然后進(jìn)入催化反應(yīng)箱17中 進(jìn)行紫外和化學(xué)氧化，樣品中的有機(jī)碳定量氧化為無機(jī)碳酸鹽，氧化后的樣品進(jìn)入冷卻管 18降至室溫，在接下來的三通19中與鹽酸匯合，進(jìn)入混合圈20混合均勻，使無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為 二氧化碳，在氣液混合件21中與高純氮?dú)饣旌?，在氣液分離件22中，二氧化碳在氮?dú)廨d帶 下和液體分離，進(jìn)入氣相。含有二氧化碳的氣體進(jìn)入電子冷凝器23中除去水蒸氣，在脫鹵 柱24中除去鹵化物，在膜過濾器25中除去顆粒物后，進(jìn)入二氧化碳?xì)怏w傳感器26檢測，由 內(nèi)置式工控機(jī)27記錄并分析數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求一種自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，其特征是包括吹除酸化后樣品中無機(jī)碳的無機(jī)碳去除單元、自動定量進(jìn)樣的進(jìn)樣單元、將有機(jī)碳氧化成無機(jī)碳酸鹽的氧化單元、冷卻單元、氣液分離單元和二氧化碳檢測單元；所述無機(jī)碳去除單元有兩個入口，分別與待測樣品源和酸化試劑磷酸相連，載氣從下往上吹除酸化后樣品中的無機(jī)碳；所述進(jìn)樣單元，位于進(jìn)樣口端和無機(jī)碳去除單元之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，其特征是所述進(jìn)樣單元包 括蠕動泵，六通閥和定量圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，其特征是所述氧化單元包 括石英螺旋管和紫外燈，石英螺旋管將紫外燈包圍在中心，放置在一個恒溫、常壓、防紫外 光透過的容器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，其特征是所述氣液分離單 元包括氣液混合件和分離件，樣品在混合件里與載氣混合，然后在分離件中被分離，載氣載 帶著分離出的二氧化碳上行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，其特征是所述二氧化碳檢 測單元包括電子冷凝器，除商管，過濾器，二氧化碳?xì)怏w傳感器和工控機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自動監(jiān)測海水中總有機(jī)碳的裝置，它包括無機(jī)碳去除單元、進(jìn)樣單元、氧化單元、冷卻單元、氣液分離單元和二氧化碳檢測單元，待測樣品通過無機(jī)碳去除單元吹除無機(jī)碳，然后通過六通閥送入到管路中，與過硫酸鉀硼酸鈉溶液混合后，在紫外裝置中加熱并受紫外光照催化反應(yīng)，將樣品中有機(jī)碳氧化成無機(jī)碳酸鹽再與鹽酸混合后轉(zhuǎn)化成碳酸，經(jīng)氣液分離后形成二氧化碳?xì)怏w，最后進(jìn)入非色散紅外分析儀檢測。本實(shí)用新型可同時測定水樣中的無機(jī)碳和有機(jī)碳，實(shí)現(xiàn)海水中TOC的快速、自動在線測定。
文檔編號G01N1/28GK201555755SQ200920312668
公開日2010年8月18日 申請日期2009年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月18日
發(fā)明者李月, 王江濤, 譚麗菊 申請人:中國海洋大學(xué)