專利名稱：一種在線大氣汞分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器，特別是關(guān)于一種在線大氣汞分析儀。
背景技術(shù)：
汞是大氣中危害健康的主要污染物之一，自八十年代以來(lái)，人們對(duì)環(huán)境汞的測(cè)定方法進(jìn)行了大量研究并取得了一些成果。大氣中汞的濃度很低，且比潛在的干擾物質(zhì)低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，不能直接進(jìn)行測(cè)定，因此要求在測(cè)定前對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)分離和富集，并且要求分析方法具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。
在現(xiàn)有的各種測(cè)汞分析方法中，最為常用且靈敏度較高的是冷原子吸收光譜法(CVAAS)和冷原子熒光光譜法(CVAFS)，相應(yīng)的樣品采集方法有“化學(xué)法”和“汞齊化法”兩大類。化學(xué)法也分溶液吸收法和固體吸附法，溶液吸收法是用含強(qiáng)氧化劑的溶液(如H2SO4-KMnO4、HI-I2、KI-I2等吸收體系)吸收大氣中的汞，經(jīng)還原后進(jìn)行測(cè)量，一般測(cè)的是總汞的濃度。固體吸附法則是用固體吸附劑(如巰基棉、碘化活性炭、硫化活性炭、浸漬氯化銅活性炭等)吸附大氣中的汞，經(jīng)消解還原后進(jìn)行測(cè)量。
汞齊化法是用貴金屬如金、銀或者鍍金、鍍銀的載體(如鍍金細(xì)砂，鍍金玻璃珠等)來(lái)吸附空氣中的汞，汞與金或銀形成汞齊而被收集下來(lái)，之后在一定溫度下加熱解吸，進(jìn)行測(cè)量。該法對(duì)大氣汞有很高的收集效率，且操作簡(jiǎn)便，吸附劑可重復(fù)使用，靈敏度高，是目前應(yīng)用最廣的分離富集大氣中汞的方法。
以往對(duì)大氣汞的測(cè)定多針對(duì)總汞進(jìn)行，而汞在大氣中可劃分為兩種形態(tài)氣態(tài)汞(以Hg0、CH3-Hg、C2H5-Hg為主)和顆粒汞(以HgS、塵埃吸附汞為主)。不同形態(tài)的大氣汞對(duì)環(huán)境的危害性及其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化特性是不同的，因此，測(cè)定不同形態(tài)的大氣汞具有重要意義。
國(guó)外在大氣汞測(cè)量方法的研究中一直走在前列，目前也有商品化的儀器問(wèn)世，專門(mén)用來(lái)測(cè)大氣中不同形態(tài)汞的濃度。如加拿大Tekran(泰克倫)公司的產(chǎn)品，采用金汞齊化和冷原子熒光法，已經(jīng)能比較好的在線測(cè)量環(huán)境大氣中超低濃度的汞，并在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但國(guó)外的大氣汞在線分析儀雖然已能較好的在線測(cè)量環(huán)境大氣中超低濃度的汞，由于需要用鋼瓶載氣，且一般都是用價(jià)格昂貴的氬氣，使得不僅儀器昂貴，且儀器附屬部件多，不適用于野外長(zhǎng)期觀測(cè)或者靈活多變的現(xiàn)場(chǎng)分析。
我國(guó)對(duì)大氣中汞污染的研究起步較晚，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有任何在線分析儀器可用于大氣中汞的監(jiān)測(cè)分析，目前國(guó)內(nèi)對(duì)大氣汞的研究，通常是采用在野外手動(dòng)采樣，實(shí)驗(yàn)室后續(xù)分析的方式。采集氣態(tài)汞需要經(jīng)歷很長(zhǎng)的采樣時(shí)間，通常從24小時(shí)到一周，采完的樣品封存之后再帶到實(shí)驗(yàn)室分析，耗時(shí)很長(zhǎng)。這種方式會(huì)帶來(lái)很大的誤差，包括試劑空白、運(yùn)輸空白、野外空白、實(shí)驗(yàn)室空白等一系列誤差，導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)據(jù)很難有說(shuō)服力，特別是在背景地區(qū)的測(cè)量可能導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果。并且無(wú)法獲得長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而造成對(duì)大氣汞污染研究的滯后。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在線大氣汞分析儀，其可在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，便于攜帶，且具有高靈敏度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種在線大氣汞分析儀，其特征在于它包括氣路部件和電路部件；所述氣路部件主要包括通過(guò)管路連接的采樣泵、汞吸附管、汞去除管、檢測(cè)器、電磁閥、限流管和過(guò)濾器；在第一、第二電磁閥之間連接所述汞吸附管，在第二、第三所述電磁閥之間連接第一限流管，在第三、第四電磁閥之間連接所述采樣泵和汞去除管，在第四、第一電磁閥之間連接第二限流管；所述第二、第三電磁閥分別連接所述檢測(cè)器和過(guò)濾器，所述第一電磁閥連接一采樣管，所述第四電磁閥的第三個(gè)口排空；所述電路部件主要包括電路控制部件及設(shè)置在所述汞吸附管外部的加熱裝置和冷卻裝置，所述電路控制部件為單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制的繼電器，所述繼電器分別控制所述加熱裝置、冷卻裝置和四個(gè)電磁閥。
所述檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器，其包括光源、光源透鏡、激發(fā)池、透鏡、光電倍增管及熒光池，所述光源輻射的光線經(jīng)所述光源透鏡匯聚到所述激發(fā)池，使汞蒸氣在所述激發(fā)池受激輻射產(chǎn)生的熒光，經(jīng)所述透鏡匯聚后被光電倍增管接收。
所述光源和光源透鏡形成的入射光路與所述光電倍增管形成的接收光路呈垂直。
所述光源采用輻射波長(zhǎng)為253.7nm的低壓汞燈。
所述加熱裝置為纏繞在所述汞吸附管外周的電熱爐絲。
所述冷卻裝置為風(fēng)扇。
連接各部件的管路為聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭。
所述管路為聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭。
所述單片機(jī)通過(guò)RS-232串行接口連接一計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明裝置采用目前最為認(rèn)可且通用的純金預(yù)富集分離大氣中的氣態(tài)汞，通過(guò)加熱解吸之后，用冷原子熒光光譜分析汞含量，因此檢測(cè)分析靈敏度高，不受正負(fù)誤差的干擾，有效的保證了分析結(jié)果穩(wěn)定可靠。2、本發(fā)明的氣路循環(huán)系統(tǒng)只用一個(gè)空氣泵就實(shí)現(xiàn)了采樣和載氣輸送兩大功能，且直接采用凈化后的泵出氣作為載氣，不但節(jié)約了使用氬氣作為載氣的成本，無(wú)需鋼瓶載氣，而且使本發(fā)明裝置便攜性大為提高，特別適合野外觀測(cè)使用。3、本發(fā)明采用鍍金細(xì)砂汞吸附管來(lái)采集氣態(tài)汞，由于吸附管收集效率高，且檢測(cè)限低，因此采樣時(shí)間與以前相比大大縮短，短時(shí)間的采樣能獲得高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)，配合冷原子熒光分析法，實(shí)現(xiàn)了野外在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求，能連續(xù)在線分析環(huán)境空氣中超低濃度的氣態(tài)總汞，并可常年連續(xù)運(yùn)行，適合于研究汞的區(qū)域傳輸規(guī)律以及用受體模型確定汞的污染源。4、本發(fā)明的氣路部分全部采用聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭，并最大程度地縮短樣品氣和解吸氣流的輸送管路，保證了樣品在采樣和分析過(guò)程中的損失降到最低。5、在本發(fā)明的檢測(cè)器中使光電倍增管的接收光路與光源的發(fā)射光路保持垂直，因此可以避免紫外光源的光進(jìn)入光電倍增管造成的干擾，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。6、將計(jì)算機(jī)控制引入本發(fā)明，可以使采樣分析程序自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制，并根據(jù)不同的環(huán)境條件選擇合適的測(cè)量參數(shù)(如采樣時(shí)間，加熱時(shí)間，加熱溫度等)，且運(yùn)行成本低，采樣分析以及數(shù)據(jù)輸出由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行，操作方便，用戶界面友好，具有廣泛的市場(chǎng)前景。本發(fā)明不僅可用于科研院所進(jìn)行科學(xué)研究，而且能用于環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)、廠礦企業(yè)進(jìn)行空氣污染的檢測(cè)，還可以應(yīng)用于政府部門(mén)的常規(guī)監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明的氣路結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明加熱解吸裝置的電路控制示意3是本發(fā)明紫外檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明包括一外殼，在外殼內(nèi)設(shè)置有氣路部件和電路部件。
如圖1所示，氣路部件主要包括一個(gè)采樣泵6、一個(gè)汞吸附管2、一個(gè)汞去除管7、一個(gè)檢測(cè)器11、四個(gè)三通電磁閥1、3、5、8、兩個(gè)限流管4、9和一個(gè)過(guò)濾器12。汞吸附管2連接在第一電磁閥1的C端與第二電磁閥3的C端之間，第一電磁閥1的NO連接一采樣管；第二電磁閥3的NC端與檢測(cè)器11連接，NO端連接第一限流管4；第一限流管4的另一端連接第三電磁閥5的NO端，第三電磁閥5的C端與NC端則分別連接采樣泵6與過(guò)濾器12，采樣泵6的出氣端通過(guò)汞去除管7連接第四電磁閥8的C端，第四電磁閥8的NC端又通過(guò)第二限流管9與第一電磁閥1的NC端連接，第四電磁閥8的NO端為排空口。
上述氣路實(shí)施例中，連接各氣路部件的管路全部采用聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭，并最大程度地縮短樣品氣和解吸氣流的輸送管路，保證了樣品在采樣和分析過(guò)程中的損失降到最低。其中汞吸附管2和汞去除管7可以自己制作，其制作方法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
如圖2所示，電路部件主要包括電路控制部件和加熱解吸裝置，加熱解吸裝置包括設(shè)置在汞吸附管2外面的加熱裝置10和冷卻裝置21。電路控制部件包括單片機(jī)19，與單片機(jī)19連接的繼電器24、25、26，繼電器24控制四個(gè)電磁閥1、3、5、8，繼電器25控制加熱裝置10，繼電器26控制冷卻裝置21。變壓器20在單片機(jī)19的控制下為加熱、冷卻裝置10、21供電。變壓器20輸出交流24伏電壓，由于風(fēng)扇和電磁閥的工作電壓都是直流24伏，所以采用二整流橋22、23把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。單片機(jī)19通過(guò)I/O接口輸出高電平，相繼觸發(fā)三個(gè)固態(tài)繼電器24、25、26，實(shí)現(xiàn)整個(gè)分析過(guò)程。
上述電路實(shí)施例中，加熱裝置10可以是纏繞在汞吸附管2外周的電加熱爐絲，冷卻裝置21可以是一風(fēng)扇，單片機(jī)19型號(hào)可以是78E5，單片機(jī)19還可經(jīng)RS-232串行接口與一外部的計(jì)算機(jī)相連接(圖中未示出)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的采樣分析程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和對(duì)儀器進(jìn)行控制。采樣分析程序可以根據(jù)不同的環(huán)境條件選擇合適的測(cè)量參數(shù)(如采樣時(shí)間，加熱時(shí)間，加熱溫度等)，以便獲得理想的數(shù)據(jù)結(jié)果。
上述各實(shí)施例中，如圖3所示，檢測(cè)器11可以采用紫外檢測(cè)器，其包括光源13、光源透鏡14、激發(fā)池15、透鏡16、光電倍增管17及熒光池18。光源13采用低壓汞燈，其輻射波長(zhǎng)主要為253.7nm。熒光池18采用鋁材加工成型，并將內(nèi)外壁全部進(jìn)行發(fā)黑處理，以消除光的散射，降低干擾。光源13輻射的光線經(jīng)光源透鏡14匯聚到激發(fā)池15，汞蒸氣在激發(fā)池15受激輻射，汞原子輻射產(chǎn)生的熒光經(jīng)由透鏡16匯聚被光電倍增管17接收。光電倍增管17將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)19進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。熒光池整個(gè)光路最關(guān)鍵的地方是使光電倍增管17的接收光路與光源13的發(fā)射光路保持垂直，即不使紫外光源13的光進(jìn)入光電倍增管17，以避免干擾，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明操作時(shí)，包括以下過(guò)程(如圖1、圖2、圖3所示)1、采樣過(guò)程，首先啟動(dòng)采樣泵6，采樣泵6在整個(gè)采樣分析過(guò)程中，始終保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時(shí)單片機(jī)不輸出I/O信號(hào)，電磁閥處于不通電狀態(tài)，即采樣氣體從第一電磁閥1進(jìn)入汞吸附管2，氣態(tài)汞被吸附到裝有鍍金細(xì)砂的汞吸附管2上，使汞與金形成汞齊而被吸附下來(lái)，采樣氣體再通過(guò)第二電磁閥3、第一限流管4與第三電磁閥5進(jìn)入采樣泵6，再由采樣泵6送入汞去除管7，最終通過(guò)第四電磁閥8的NO端排空。
2、吹洗過(guò)程，在分析過(guò)程開(kāi)始前需要用載氣對(duì)管路進(jìn)行吹洗1分鐘左右，使整個(gè)氣路充滿載氣，以除去空氣中的干擾物質(zhì)。操作時(shí)，由單片機(jī)19輸出一路高電平，觸發(fā)固態(tài)繼電器24，使電磁閥1、3、5、8轉(zhuǎn)換成通電狀態(tài)，空氣經(jīng)過(guò)濾器12過(guò)濾之后通過(guò)第三電磁閥5進(jìn)入采樣泵6，再依次經(jīng)汞去除管7、第四電磁閥8、第二限流管9、第一電磁閥1和汞吸附管2，達(dá)到檢測(cè)器11后排空。
3、熱解吸過(guò)程，使電磁閥1、3、5、8保持通電狀態(tài)，單片機(jī)19輸出一路5伏高電平，觸發(fā)固態(tài)繼電器25，使電加熱裝置10工作，先是快速加熱(保持輸出5伏高電平)15s，使溫度迅速上升到800℃，再用脈沖加熱(以1秒的時(shí)間間隔交替輸出5伏和0伏)在800℃維持45s，將汞吸附管2中加熱解吸出來(lái)的汞蒸氣，用60ml/min流量的載氣通過(guò)第二電磁閥3帶入紫外檢測(cè)器11進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)后的氣體由檢測(cè)器11排出。
4、分析過(guò)程，與上述熱解吸過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，在檢測(cè)器11中汞原子在輻射波長(zhǎng)為253.7nm光的輻射下受激到激發(fā)態(tài)，并在同一波長(zhǎng)輻射出熒光，紫外檢測(cè)器11在垂直的角度測(cè)定產(chǎn)生的熒光，光源13的光不能被光電倍增管17檢測(cè)到，但汞蒸氣產(chǎn)生的熒光能被光電倍增管17觀測(cè)接收，其強(qiáng)度直接與汞的量成正比。
5、冷卻過(guò)程，此時(shí)電磁閥1、3、5、8仍保持通電狀態(tài)。熱解吸過(guò)程結(jié)束后，停止輸出用于加熱的5伏高電平，而另外輸出一路5伏高電平，觸發(fā)固態(tài)繼電器26，使冷卻裝置21對(duì)著電加熱裝置10吹3min左右，冷卻到室溫。
上述過(guò)程結(jié)束后，單片機(jī)19便停止輸出所有的I/O信號(hào)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)采樣分析周期。
權(quán)利要求
1.一種在線大氣汞分析儀，其特征在于它包括外殼、氣路部件和電路部件；所述氣路部件主要包括通過(guò)管路連接的采樣泵、汞吸附管、汞去除管、檢測(cè)器、電磁閥、限流管和過(guò)濾器；在第一、第二電磁閥之間連接所述汞吸附管，在第二、第三所述電磁閥之間連接第一限流管，在第三、第四電磁閥之間連接所述采樣泵和汞去除管，在第四、第一電磁閥之間連接第二限流管；所述第二、第三電磁閥分別連接所述檢測(cè)器和過(guò)濾器，所述第一電磁閥連接一采樣管，所述第四電磁閥的第三個(gè)口排空；所述電路部件主要包括電路控制部件及設(shè)置在所述汞吸附管外部的加熱裝置和冷卻裝置，所述電路控制部件為單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制的繼電器，所述繼電器分別控制所述加熱裝置、冷卻裝置和四個(gè)電磁閥。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器，其包括光源、光源透鏡、激發(fā)池、透鏡、光電倍增管及熒光池，所述光源輻射的光線經(jīng)所述光源透鏡匯聚到所述激發(fā)池，使汞蒸氣在所述激發(fā)池受激輻射產(chǎn)生的熒光，經(jīng)所述透鏡匯聚后被光電倍增管接收。
3.如權(quán)利要求2所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述光源和光源透鏡形成的入射光路與所述光電倍增管形成的接收光路呈垂直。
4.如權(quán)利要求2所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述光源采用輻射波長(zhǎng)為253.7nm的低壓汞燈。
5.如權(quán)利要求3所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述光源采用輻射波長(zhǎng)為253.7nm的低壓汞燈。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述加熱裝置為纏繞在所述汞吸附管外周的電熱爐絲。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述冷卻裝置為風(fēng)扇。
8.如權(quán)利6所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述冷卻裝置為風(fēng)扇。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或8所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于連接各部件的管路為聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭。
10.如權(quán)利要求6所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述管路為聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭。
11.如權(quán)利要求7所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述管路為聚四氟乙烯管和聚四氟乙烯接頭。
12.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或8或10或11所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述單片機(jī)通過(guò)RS-232串行接口連接一計(jì)算機(jī)。
13.如權(quán)利要求6所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述單片機(jī)通過(guò)RS-232串行接口連接一計(jì)算機(jī)。
14.如權(quán)利要求7所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述單片機(jī)通過(guò)RS-232串行接口連接一計(jì)算機(jī)。
15.如權(quán)利要求9所述的一種在線大氣汞分析儀，其特征在于所述單片機(jī)通過(guò)RS-232串行接口連接一計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在線大氣汞分析儀，其特征在于它包括氣路部件和電路部件；所述氣路部件主要包括通過(guò)管路連接的采樣泵、汞吸附管、汞去除管、檢測(cè)器、電磁閥、限流管和過(guò)濾器；在第一、第二電磁閥之間連接所述汞吸附管，在第二、第三所述電磁閥之間連接第一限流管，在第三、第四電磁閥之間連接所述采樣泵和汞去除管，在第四、第一電磁閥之間連接第二限流管；所述電路部件主要包括電路控制部件及設(shè)置在所述汞吸附管外部的加熱裝置和冷卻裝置，所述電路控制部件為單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制的繼電器，所述繼電器分別控制所述加熱裝置、冷卻裝置和四個(gè)電磁閥。本發(fā)明不僅可用于科研院所進(jìn)行科學(xué)研究，而且能用于環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)、廠礦企業(yè)進(jìn)行空氣污染的檢測(cè)，還可以應(yīng)用于政府部門(mén)的常規(guī)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N1/34GK1776405SQ20051012360
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者曾立民, 俞仲英 申請(qǐng)人:北京大學(xué)