CN108982479A - 微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋环境监测领域，具体涉及微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置及方法。微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，包括：反应发光室，位于反应发光室顶部的进样口，位于反应发光室底部的臭氧进气口，位于反应发光室侧面的依次相连的聚光镜、光学室、光电倍增管PMT、光电信号转换装置、驱动和信号输出电缆；本发明相对于现有技术的进步在于：本发明通过设计的微型臭氧化学发光反应器，缩短了水相和气相结合的路径，扩大了化学发光检测的光通量，大大提高了化学发光检测的能力。

Description

微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置及方法

技术领域：

本发明涉及海洋环境监测领域，具体涉及微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置及方法。

背景技术：

随着经济和科技的不断发展，人类对于海洋的开发不断深入，同时人类也带来了对海洋的不断污染，使得海洋环境受到严重破坏。我国近海海域受到有机物污染较为普遍，而且水中的有机物种类多而且复杂，浓度较低，而且不同深度的浓度值有所差别，使得大多数情况下难以得到能够真实反映该海域的有机物浓度。

国内目前对海水中有机污染物的检测方法主要是实验室测量，采用碱式高锰酸盐氧化滴定的方法分析得到水中的化学需氧量，该方法的主要缺点为所需时间长，分析的过程繁琐，要求的实验环境严格，所需化学试剂量大，在检测的过程中会产生二次污染，小浓度时检测精度低等等，而且对于海水中复杂环境例如高浓度的氯离子，严重影响检测结果。

发明内容：

本发明目的是借助化学发光原理，微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置及方法。

本发明的原理：化学发光法通过在海水中通入臭氧，水中的有机物分子在臭氧的强氧化剂作用下产生激发态的高能离子，不稳定的离子回归基态是释放出光子产生化学发光。海水中酚类、短链烃类、脂肪酸类等大多数有机化合物都能产生化学发光，通过集光系统收集到光电倍增管转换成电信号，通过后续的放大、滤波等信号处理后得到可以得到有机物含量。本发明的具体技术方案如下：

微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，包括：反应发光室3，位于反应发光室顶部的进样口1，位于反应发光室底部的臭氧进气口2，位于反应发光室侧面的依次相连的聚光镜5、光学室4、光电倍增管PMT6、光电信号转换装置、驱动和信号输出电缆7。

在上述装置上实现的微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的方法，包括如下步骤：

步骤1：开启光电信号转换装置；

步骤2：将海水样品通过进液口注入反应发光室中；与此同时，将臭氧从臭氧进气口注入反应发光室中；

步骤3：臭氧与海水发生化学反应的同时，上位机同时开始信号采集，信号为先快速上升后缓慢下降，信号上升时开始记录，直到信号不再下降记录结束，将记录信号进行积分运算，之后信号进行存储并通过积分信号与COD浓度之间的线性对应关系计算得到结果。

作为优选方案之一，所述光电信号转换装置包括：放大电路、滤波电路、ADC模数转换电路。

作为优选方案之二，所述反应发光室为圆柱形，其柱形壁面整体为石英玻璃。该方案的进一步优选方案，所述反应发光室内部涂覆聚四氟乙烯涂层，用于防止被检测样品中物质附着、残留在反应室内。

作为优选方案之三，还包括：与进样口依次连接的节流阀、取样泵，水样池，与臭氧进气口依次相连的气泵、臭氧发生器，控制器，上位机；所述控制器一端与气泵相连，另一端与上位机相连；所述上位机还与ADC模数转换电路相连。在上述检测装置上实现的微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的方法，包括如下步骤：

步骤1：开启光电信号转换装置；

步骤2：开启取样泵、节流阀，抽取3ml海水样品通过进液口注入反应发光室中；进入水样的同时，上位机发出臭氧产生指令，控制器得到指令后启动气泵，将臭氧发生器中的臭氧通过进气口注入反应发光室中；

步骤3：臭氧与海水发生化学反应的同时，上位机同时开始信号采集，信号为先快速上升后缓慢下降，信号上升时开始记录，直到信号不再下降记录结束，将记录信号进行积分运算，之后信号进行存储并通过积分信号与COD浓度之间的线性对应关系计算得到结果。

相对于现有技术，本发明的进步在于：本发明通过设计的微型臭氧化学发光反应器，缩短了水相和气相结合的路径，扩大了化学发光检测的光通量，大大提高了化学发光检测的能力。该方法在对海水中有机腐殖质的检测中得到了很好的实施效果。

附图说明：

图1是本发明装置结构示意图；图中，1代表进样口，2代表臭氧进气口，3代表反应发光室，4代表光学室，5代表聚光镜，6代表光电倍增管PMT，7代表驱动和信号输出电缆。

图2是实施例中，腐殖酸钠溶液为水样的信号原始图；图中，横坐标代表反应时间，单位为秒，纵坐标代表光电检测器检测到的电压值，单位为伏特。

图3是实施例中，腐殖酸钠浓度与光强积分的线性关系图；图中，横坐标是腐殖酸浓度，单位为mg/L，纵坐标是光强积分。

具体实施方式：

实施例：

微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，包括：反应发光室3，位于反应发光室顶部的进样口1，位于反应发光室底部的臭氧进气口2，位于反应发光室侧面的依次相连的聚光镜5、光学室4、光电倍增管PMT6、光电信号转换装置、驱动和信号输出电缆7，与进样口依次连接的节流阀、取样泵，水样池，与臭氧进气口依次相连的气泵、臭氧发生器，控制器，上位机；所述控制器一端与气泵相连，另一端与上位机相连；所述上位机还与ADC模数转换电路相连；所述光电信号转换装置包括：放大电路、滤波电路、ADC模数转换电路；所述反应发光室为圆柱形，其柱形壁面整体为石英玻璃，外壁和内壁均为黑色，以减少反射光干扰，降低暗电流的产生；所述反应发光室内部涂覆聚四氟乙烯涂层，用于防止被检测样品中物质附着、残留在反应室内；所述聚光镜为广角镜，数值孔径f/#＝4，以达到满足充分收集化学发光信号目的。

在上述检测装置上实现的微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的方法，包括如下步骤：

步骤1：开启光电信号转换装置；

步骤2：开启取样泵、节流阀，抽取3ml海水样品通过进液口注入反应发光室中；进入水样的同时，上位机发出臭氧产生指令，控制器得到指令后启动气泵，将臭氧发生器中的臭氧通过进气口注入反应发光室中；

步骤3：臭氧与海水发生化学反应的同时，上位机同时开始信号采集，信号为先快速上升后缓慢下降，信号上升时开始记录，直到信号不再下降记录结束，将记录信号进行积分运算，之后信号进行存储并通过积分信号与COD浓度之间的线性对应关系计算得到结果。

Claims (7)

1.微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，其特征在于，包括：反应发光室(3)，位于反应发光室顶部的进样口(1)，位于反应发光室底部的臭氧进气口(2)，位于反应发光室侧面的依次相连的聚光镜(5)、光学室(4)、光电倍增管PMT(6)、光电信号转换装置、驱动和信号输出电缆(7)。

2.根据权利要求1所述微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，其特征在于，所述光电信号转换装置包括：放大电路、滤波电路、ADC模数转换电路。

3.根据权利要求1所述微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，其特征在于，所述反应发光室为圆柱形，其柱形壁面整体为石英玻璃。

4.根据权利要求3所述微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，其特征在于，所述反应发光室内部涂覆聚四氟乙烯涂层，用于防止被检测样品中物质附着、残留在反应室内。

5.根据权利要求1所述微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的装置，其特征在于，还包括：与进样口依次连接的节流阀、取样泵，水样池，与臭氧进气口依次相连的气泵、臭氧发生器，控制器，上位机；所述控制器一端与气泵相连，另一端与上位机相连；所述上位机还与ADC模数转换电路相连。

6.在权利要求1所述装置上实现的微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：开启光电信号转换装置；

步骤2：将海水样品通过进液口注入反应发光室中；与此同时，将臭氧从臭氧进气口注入反应发光室中；

步骤3：臭氧与海水发生化学反应的同时，上位机同时开始信号采集，信号为先快速上升后缓慢下降，信号上升时开始记录，直到信号不再下降记录结束，将记录信号进行积分运算，之后信号进行存储并通过积分信号与COD浓度之间的线性对应关系计算得到结果。

7.在权利要求5所述检测装置上实现的微型化臭氧化学发光检测海水中有机物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：开启光电信号转换装置；

步骤2：开启取样泵、节流阀，抽取3ml海水样品通过进液口注入反应发光室中；进入水样的同时，上位机发出臭氧产生指令，控制器得到指令后启动气泵，将臭氧发生器中的臭氧通过进气口注入反应发光室中；

步骤3：臭氧与海水发生化学反应的同时，上位机同时开始信号采集，信号为先快速上升后缓慢下降，信号上升时开始记录，直到信号不再下降记录结束，将记录信号进行积分运算，之后信号进行存储并通过积分信号与COD浓度之间的线性对应关系计算得到结果。