專(zhuān)利名稱(chēng)：紅外toc分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)境與資源技術(shù)領(lǐng)域，主要是應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，更為具體的說(shuō)是測(cè)量水或土壤中總有機(jī)碳(TOC)含量的儀器。
背景技術(shù)：
目前該領(lǐng)域內(nèi)測(cè)量TOC的儀器一般依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《HJ501-2009水質(zhì)總有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化-非分散紅外吸收法》技術(shù)指標(biāo)按照中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《JJG 821-2005總有機(jī)碳分析儀》和《KR-1V紅外TOC分析儀企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》研制、開(kāi)發(fā)。目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的生產(chǎn)總有機(jī)碳(TOC)分析儀的廠家主要集中在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，如:日本島津公司，美國(guó)熱電、哈希等公司，國(guó)內(nèi)大多采取模仿式的生產(chǎn)方式，研究開(kāi)發(fā)仍處于初級(jí)階段，TOC分析儀主要為兩種原理:1、濕法儀器:在被測(cè)水樣中加入酸化齊U，在特定波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)照射下水樣中的有機(jī)物被酸化，生成碳酸，碳酸在水中以碳酸根和碳酸氫根的形式存在，這樣就改變了水樣的電導(dǎo)率，通過(guò)測(cè)量水樣的電導(dǎo)率就能得知生成碳酸的量，從而能得到水樣中有機(jī)物的碳含量，即得到總有機(jī)碳值。但是這種儀器存在只能測(cè)量水樣中的總有機(jī)碳的含量比較低的情況；如果水樣中的有機(jī)物含量比較高，就無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。2、干法儀器:干法儀器有兩種方式，一是直接法，另一種是差減法。直接法原理是:把被測(cè)水樣加入一定量的酸，水樣中的無(wú)機(jī)碳反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，把產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w吹走；水樣中就只含有有機(jī)碳，把酸化后的水樣送入高溫爐中燃燒，其中的有機(jī)碳經(jīng)過(guò)燃燒生成二氧化碳?xì)怏w，此氣體經(jīng)過(guò)紅外測(cè)量系統(tǒng)后，得到產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w的量，從而得到水樣中的總有機(jī)碳。差減法原理是:把被測(cè)水樣送入高溫爐中燃燒，水樣中的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳經(jīng)過(guò)燃燒后生成二氧化碳?xì)怏w，通過(guò)測(cè)量得到水樣中的總碳含量；把同樣的被測(cè)水樣送入儀器的酸化池中，加酸后水樣中的無(wú)機(jī)碳生成了二氧化碳?xì)怏w，把此氣體送入測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量，得到水樣中無(wú)機(jī)碳的含量；用總碳的含量減去無(wú)機(jī)碳的含量就得到總有機(jī)碳的含量。目前市場(chǎng)上TOC分析儀大部分是干法儀器，但國(guó)外生產(chǎn)的干法儀器還有一些缺點(diǎn):一是燃燒溫度不夠高，只有680度，水樣中有一部分有機(jī)物不能充分燃燒。二是被測(cè)水樣要進(jìn)行高要求的粉碎、過(guò)濾前期處理，損失了一部分有機(jī)物。三是被測(cè)水樣進(jìn)樣量太少，只有10-25微升，水樣的代表性差。四是采用電爐絲連續(xù)加熱，需要預(yù)熱時(shí)間很長(zhǎng)，儀器開(kāi)機(jī)后始終處于加熱狀態(tài)，熱輻射干擾大，用電量大。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種新的技術(shù)方案，采用干法中的減差法原理，利用高頻電磁加熱法對(duì)被測(cè)水樣實(shí)現(xiàn)加熱燃燒，提高了燃燒溫度，燃燒溫度可達(dá)到1200度，使所有的有機(jī)物都能充分燃燒，消除了國(guó)外儀器存在的缺點(diǎn)；水樣燃燒時(shí)不需要對(duì)水樣粉碎過(guò)濾，不用噴霧嘴，直接加入到樣品池中即可；被測(cè)水樣的體積增大了，由10-25微升提高到100-200微升，使被測(cè)水樣更能代表實(shí)際水樣，樣品的代表性更好，測(cè)量更準(zhǔn)確；儀器的燃燒系統(tǒng)不需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)加熱，只是在燃燒水樣的時(shí)候加熱，只需要幾十秒鐘，消除了熱輻射的干擾，同時(shí)大大減少了用電量。紅外TOC分析儀的主要工作原理是:由自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)把被測(cè)水樣加入到燃燒坩堝中，坩堝自動(dòng)進(jìn)入到燃燒系統(tǒng)中，啟動(dòng)加熱燃燒系統(tǒng)，在高頻電磁系統(tǒng)中坩堝被快速加熱，坩堝中的水樣迅速燃燒，水樣中的含碳物質(zhì)經(jīng)過(guò)燃燒與氧反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w；二氧化碳?xì)怏w進(jìn)過(guò)干燥后進(jìn)入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，能吸收二氧化碳特定波長(zhǎng)的紅外光線(xiàn)掃描氣體，一部分紅外光被吸收了，根據(jù)朗伯-比爾定律，二氧化碳的濃度和吸光度成正比，由計(jì)算二氧化碳的濃度，進(jìn)而得到水樣中總碳的濃度，總碳測(cè)量完成?？偺紲y(cè)量完成后進(jìn)行無(wú)機(jī)碳的測(cè)量，啟動(dòng)吹氧系統(tǒng)，向酸化管中吹氧，目的也是趕走廢氣；完成后向酸化管中加入磷酸和被測(cè)水樣，兩者混合后水樣中的無(wú)機(jī)碳和磷酸反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，經(jīng)過(guò)除水后送入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算得到無(wú)機(jī)碳的濃度?？偺嫉臐舛葴p去無(wú)機(jī)碳的濃度得到總有機(jī)碳的濃度；根據(jù)總有機(jī)碳和化學(xué)需氧量的線(xiàn)性關(guān)系，計(jì)算得到COD的含量。所有的測(cè)量結(jié)果送計(jì)算機(jī)顯示存儲(chǔ)和打印。具體的采用以下技術(shù)方案一種紅外TOC分析儀，包括總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)對(duì)總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行控制，并將輸出信號(hào)傳給所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。總碳測(cè)量系統(tǒng)包括:自動(dòng)進(jìn)樣單元、加熱燃燒單元、光學(xué)測(cè)量單元；無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)包括:酸化單元、預(yù)吹掃單元、光學(xué)測(cè)量單元。自動(dòng)進(jìn)樣單元包括三部分，一是氣路移動(dòng)機(jī)構(gòu)，二是水樣連接機(jī)構(gòu)，三是坩堝燃燒機(jī)構(gòu)。氣路移動(dòng)機(jī)構(gòu)由空氣閥、移動(dòng)氣缸、氣缸支架和連接管路組成；水樣連接機(jī)構(gòu)由水樣嘴、電磁閥、水樣泵、水樣預(yù)排系統(tǒng)、連接管路組成；燃燒坩堝機(jī)構(gòu)由鉬金材料的坩堝、坩堝托架、上升氣缸組成。因?yàn)樗畼拥娜紵窃诟邷叵逻M(jìn)行的，進(jìn)樣嘴和燃燒系統(tǒng)如果放在一起，容易變形和堵塞；考慮到上述因素，決定把進(jìn)樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分離結(jié)構(gòu)，開(kāi)始進(jìn)樣時(shí)先由氣路系統(tǒng)推動(dòng)氣缸把進(jìn)樣嘴送到坩堝的上方，再啟動(dòng)水樣連接系統(tǒng)的進(jìn)樣泵把水樣加入到坩堝中，加水樣完成后，氣路系統(tǒng)推動(dòng)氣缸把水樣嘴送回到原來(lái)的位置，由坩堝托架把坩堝送到燃燒系統(tǒng)中進(jìn)行燃燒。自動(dòng)進(jìn)樣單元的優(yōu)點(diǎn)是:自動(dòng)完成進(jìn)樣；進(jìn)樣嘴和燃燒池分離保證了進(jìn)樣嘴不變形，且進(jìn)樣嘴不容易堵塞；進(jìn)樣嘴的直徑比較大，進(jìn)樣時(shí)不用形成霧狀，不用對(duì)水樣高速粉碎、過(guò)濾，更有利于有機(jī)物的測(cè)量。加熱燃燒單元主要由高頻電壓產(chǎn)生電路、高壓電子管、高頻電磁控制電路、高頻加熱螺旋管、石英管燃燒室組成。根據(jù)水樣的量和燃燒溫度(1200度)調(diào)整高頻電磁的頻率；石英管燃燒室要保證密封性，不允許漏氣。當(dāng)水樣加入坩堝后，控制系統(tǒng)啟動(dòng)高頻電磁爐，產(chǎn)生的高頻電壓通過(guò)螺旋管加在鉬金坩堝上，根據(jù)渦流效應(yīng)，坩堝在幾秒內(nèi)溫度升高到1200度，水樣會(huì)快速燃燒，其中的碳和氧反應(yīng)生成二氧化碳，產(chǎn)生的二氧化碳送到光學(xué)測(cè)量單元進(jìn)行測(cè)量。加熱燃燒單元是密閉的，燃燒是在石英管制成的燃燒室中進(jìn)行，燃燒開(kāi)始前就進(jìn)行吹氧，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w送到測(cè)量室中。加熱燃燒單元的優(yōu)點(diǎn)是:使用鉬金材料制造坩堝，燃燒過(guò)程中能起到催化氧化的作用，更有利于燃燒；水樣是液體形式加入到坩堝中，加入的體積大，一般是噴霧形式的十倍，可以加入100微升，水樣代表性強(qiáng)，測(cè)量的準(zhǔn)確性更高；坩堝可以重復(fù)利用，有利于不同水樣的快速測(cè)量。酸化單元由酸化管、磷酸試劑瓶、酸液泵、進(jìn)水樣泵、加熱系統(tǒng)、電磁閥、連接管路組成，燃燒系統(tǒng)是測(cè)量水樣中的總碳，酸化系統(tǒng)是測(cè)量水樣中的無(wú)機(jī)碳，其作用是把水樣和磷酸加入到酸化管中，在加熱的狀態(tài)下，水樣中的無(wú)機(jī)碳和磷酸反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，達(dá)到測(cè)量無(wú)機(jī)碳的目的。測(cè)量無(wú)機(jī)碳前，對(duì)酸化系統(tǒng)中先吹氧，目的是排除系統(tǒng)中的廢液，趕走系統(tǒng)中的空氣，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；吹氧一段時(shí)間后，由進(jìn)酸泵把磷酸從試劑瓶中加入到酸化管中，水樣泵向酸化管中加入水樣，磷酸和水樣混合后進(jìn)行加熱80到100度，水樣中的無(wú)機(jī)碳和磷酸反應(yīng)生成碳酸，碳酸在加熱的狀態(tài)下分解成水和二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w隨著氧氣進(jìn)入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量；酸化反應(yīng)完成后，無(wú)用的廢液被排放到廢液收集瓶中。酸化單元的優(yōu)點(diǎn)是:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；磷酸和水樣同時(shí)加入到酸化管中，反應(yīng)一開(kāi)始就進(jìn)行測(cè)量，防止了二氧化碳的流失；加熱系統(tǒng)始終加熱，水樣和磷酸一混合在很短的時(shí)間內(nèi)就加熱到80度以上，有利于二氧化碳的產(chǎn)生；酸化管采用玻璃管可重復(fù)利用，消除干擾；管路采用聚四氟管和耐酸堿的泵管，消除管路的影響和干擾；每次測(cè)量完成后，如測(cè)量不同的水樣，測(cè)量前儀器自動(dòng)進(jìn)行水樣預(yù)排，防止上一次水樣殘留的干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。預(yù)吹掃單元由壓力控制機(jī)構(gòu)、燃燒室、酸化室、除水管、吸附管、光學(xué)吸收管、氣閥、連接管路組成。壓力控制機(jī)構(gòu)主要是控制整個(gè)吹氧氣路的壓力，使壓力保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，保證氣流的穩(wěn)定性，有利于測(cè)量的穩(wěn)定性。燃燒室是氣路的一部分，是水樣燃燒的地方。酸化室也是氣路的一部分，是水樣酸化產(chǎn)生無(wú)機(jī)碳的地方。除水管接在燃燒室和酸化室的后部，燃燒和酸化產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w含有大量的水蒸氣，采用電子制冷產(chǎn)生零度以下的低溫區(qū)，將除水管放置其中，二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)除水管時(shí)水蒸氣遇冷凝結(jié)成水排出去，達(dá)到除水的目的。吸附管接在除水管的后部，經(jīng)過(guò)除水管后，二氧化碳?xì)怏w中大部分水被除去，還存在微量的水蒸氣，再經(jīng)過(guò)吸附管中的干燥劑吸附后完全干凈了。光學(xué)吸收管是二氧化碳?xì)怏w吸收紅外光的地方，光學(xué)吸收管一端連接紅外光源，另一端連接紅外接收傳感器，光源產(chǎn)生的紅外光經(jīng)過(guò)光學(xué)吸收管照射到另一端的紅外傳感器上，二氧化碳?xì)怏w從一端進(jìn)入，從另一端除去，期間一部分紅外光被吸收。氣閥的作用是控制氣體的通斷。連接管路的作用是把燃燒室、酸化室、除水管、吸附管、光學(xué)吸收管、氣閥連接在一起，形成一個(gè)密閉的氣路系統(tǒng)，使產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)各部分后排出。光學(xué)測(cè)量單元包括紅外光源、光學(xué)吸收管、紅外接收傳感器、光電轉(zhuǎn)化電路、信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)、信號(hào)放大電路。紅外光源是產(chǎn)生紅外光的器件，能夠產(chǎn)生所需要特定波長(zhǎng)的紅外光，要求產(chǎn)生光的波長(zhǎng)中心頻率穩(wěn)定，光的功率穩(wěn)定。光學(xué)吸收管由玻璃管表面鍍金制成，要求表面光滑、潔凈，減少光信號(hào)的損耗和折射，使信號(hào)以直線(xiàn)方式傳播。紅外接收傳感器的作用是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳感器接收信號(hào)的范圍要符合二氧化碳的吸收頻率。光電轉(zhuǎn)化電路的作用是把傳感器轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波、穩(wěn)定處理。信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)把直流電信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)。信號(hào)放大電路的作用是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大，以適應(yīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的要求。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)的放大及采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示及輸出。電信號(hào)要經(jīng)過(guò)放大和濾波，達(dá)到對(duì)信號(hào)的要求，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)計(jì)算要完成數(shù)據(jù)的加、減、乘、除運(yùn)算，根據(jù)光學(xué)定律，計(jì)算所測(cè)溶液的濃度。數(shù)據(jù)顯示及輸出主要完成數(shù)據(jù)的顯示、打印、存儲(chǔ)，由液晶顯示器顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)，由微型打印機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時(shí)打印，數(shù)據(jù)可由儀器自身存儲(chǔ)，也可以向PC機(jī)傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件程序兩部分。硬件系統(tǒng)包括信號(hào)處理及放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路、儀器外接電腦。軟件程序包括儀器內(nèi)部單片機(jī)程序和外接電腦計(jì)算及數(shù)據(jù)處理程序。信號(hào)處理及放大電路主要是對(duì)前置放大電路送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)放大，來(lái)適應(yīng)電路要求。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路把處理后的電信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，來(lái)適應(yīng)單片機(jī)的要求。單片機(jī)電路主要作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算和處理，制作成數(shù)據(jù)包，送外接電腦進(jìn)行計(jì)算；單片機(jī)還對(duì)電腦送來(lái)的控制指令進(jìn)行處理，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。外接電腦的主要作用是對(duì)儀器送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、計(jì)算、處理，對(duì)結(jié)果進(jìn)行輸出和存儲(chǔ)，顯示數(shù)據(jù)波形。儀器內(nèi)部單片機(jī)程序主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行歸納處理，和電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，把采集的信號(hào)送到電腦，接受電腦送來(lái)的控制指令，把控制指令轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，進(jìn)行動(dòng)作的控制。電腦的程序是一個(gè)軟件系統(tǒng)，主要作用是接收儀器送來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算測(cè)量結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行輸出和存儲(chǔ)；根據(jù)數(shù)據(jù)的特性，顯示數(shù)據(jù)波形，和測(cè)量的過(guò)程；對(duì)儀器所有動(dòng)作和控制指令的編譯；儀器人機(jī)對(duì)話(huà)控制程序；儀器運(yùn)行控制程序；數(shù)據(jù)庫(kù)連接及數(shù)據(jù)處理?？刂葡到y(tǒng)由兩部分組成，一是儀器操作的控制，二是儀器各電磁閥和電機(jī)的控制。儀器操作控制通過(guò)電腦指令完成，對(duì)儀器的單項(xiàng)控制，通過(guò)操作儀器的相應(yīng)菜單來(lái)執(zhí)行；對(duì)儀器的流程控制，由電腦的控制程序自動(dòng)執(zhí)行。對(duì)儀器各個(gè)電磁閥和電機(jī)的控制，由電腦把控制指令傳送給儀器的單片機(jī)，由單片機(jī)把指令解釋后，轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的控制。智能控制信號(hào)由單片機(jī)采集后送電腦處理，電腦處理后送儀器執(zhí)行。發(fā)明的效果:由于采取以上技術(shù)方案本發(fā)明主要有以下技術(shù)效果:1、燃燒方式采用高頻電磁加熱方法，只是在燃燒時(shí)瞬間加熱，不燃燒時(shí)不用加熱，加熱時(shí)間為10-60秒。2、燃燒溫度由目前國(guó)外儀器的680°C提高到1200°C，燃燒更充分，所有含碳物質(zhì)都被氧化。3、燃燒坩堝采用鉬金材料制成，既能起到燃燒催化作用，不需要在燃燒的過(guò)程中另加催化劑；又能重復(fù)使用，達(dá)到了連續(xù)自動(dòng)測(cè)量的目的，不用更換坩堝。4、進(jìn)樣不需要噴霧，也就不需要對(duì)水樣高速粉碎、過(guò)濾處理，消除了一部分有機(jī)碳被過(guò)濾掉，造成總有機(jī)碳測(cè)量不準(zhǔn)確；因?yàn)椴挥梦⑿〉膰婌F嘴，也防止了噴霧進(jìn)樣嘴的堵塞。[0037]5、TOC-COD 一體化儀器，在測(cè)量水質(zhì)TOC的同時(shí)，也能測(cè)量COD指標(biāo)，適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)用戶(hù)需要測(cè)COD指標(biāo)的需求。6、進(jìn)樣量由10_25ul提高到100_200ul，提高了被測(cè)水樣的代表性，使測(cè)量更準(zhǔn)確。

附圖1為本實(shí)用新型的原理圖。附圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中I高頻電磁系統(tǒng)；2加熱燃燒室；3燃燒氣閥；4酸化室；5電子制冷除水系統(tǒng)；6水樣移動(dòng)汽缸；7鉬金坩堝；8燃燒氧氣閥；9酸化氧氣閥；10干燥管；11燃燒水樣閥；12坩堝移動(dòng)汽缸；13高純氧；14光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；15水樣泵；16酸化水樣閥；17酸液泵；18廢氣閥。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。紅外TOC分析儀結(jié)構(gòu)示意圖序號(hào)-部件名稱(chēng):儀器自動(dòng)測(cè)量過(guò)程如下:儀器開(kāi)機(jī)預(yù)熱穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)量，點(diǎn)擊儀器自動(dòng)測(cè)量菜單，儀器開(kāi)始執(zhí)行下列動(dòng)作，啟動(dòng)坩堝移動(dòng)汽缸12，把鉬金坩堝7下降到加水樣位置；水樣汽缸6啟動(dòng)，把水樣嘴移動(dòng)到鉬金i甘禍7上方；打開(kāi)燃燒水樣閥11，然后啟動(dòng)水樣泵15,向鉬金坩堝7中加入一定體積的被測(cè)水樣，加水樣完成后，水樣泵15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉燃燒水樣閥11，啟動(dòng)水樣汽缸6把水樣嘴移回到原來(lái)的位置；啟動(dòng)坩堝移動(dòng)汽缸12，把鉬金坩堝7送入加熱燃燒室2中，此時(shí)整個(gè)燃燒室是密閉的；打開(kāi)燃燒氣閥3、廢氣閥18，打開(kāi)燃燒氧氣閥8，此時(shí)，高純氧氣進(jìn)入加熱燃燒室2，經(jīng)過(guò)燃燒氣閥3進(jìn)入酸化室4中，氧氣再經(jīng)過(guò)電子制冷除水系統(tǒng)5、干燥管10、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14、廢氣閥18排出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間吹氧后，整個(gè)氣路系統(tǒng)的廢氣都被排出了，氣路系統(tǒng)中充滿(mǎn)了高純度的氧氣；此時(shí)啟動(dòng)高頻電磁系統(tǒng)1，高頻電流流經(jīng)加熱燃燒室2外部的螺旋管，由于渦流效應(yīng)，鉬金坩堝7很快被加熱，十幾秒鐘后，鉬金坩堝7溫度升高到1200度；在升溫的過(guò)程中，鉬金坩堝7中的水樣氣化、燃燒，其中的含碳物質(zhì)與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)燃燒氣閥3、酸化室4進(jìn)入電子制冷除水系統(tǒng)5，電子制冷系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)量前已經(jīng)啟動(dòng)，內(nèi)部溫度低于零度，高溫含水的氣體遇冷后凝結(jié)成液體水排走，二氧化碳?xì)怏w中的水絕大部分被除去了，除水后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入到干燥管10中，其中的干燥劑把氣體中微量的水吸附了，干燥的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14，經(jīng)過(guò)測(cè)量后的氣體通過(guò)廢氣閥18排出；在啟動(dòng)高頻電磁系統(tǒng)后，立即啟動(dòng)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14，把測(cè)量數(shù)據(jù)送入電腦進(jìn)行處理；隨著水樣的燃燒，二氧化碳的濃度逐漸升高，燃燒完成后，二氧化碳的濃度逐漸降低，通過(guò)測(cè)量二氧化碳?xì)怏w的濃度，計(jì)算出水樣中的總碳含量；測(cè)量完成后，關(guān)閉高頻電磁系統(tǒng)1、燃燒氣閥3、燃燒氧氣閥8?？偺紲y(cè)量完成后開(kāi)始測(cè)量水樣中的無(wú)機(jī)碳，打開(kāi)酸化氧氣閥9，氧氣進(jìn)入酸化室4、電子制冷除水系統(tǒng)5、干燥管10、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14、廢氣閥18后排出；吹氧一段時(shí)間后,啟動(dòng)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14,打開(kāi)酸化水樣閥16,啟動(dòng)水樣泵15向酸化室4中加入與測(cè)量總碳相同的水樣,完成后停止水樣泵15，關(guān)閉酸化水樣閥16 ;啟動(dòng)酸液泵17，把一定體積磷酸加入到酸化室4中，加酸完成后關(guān)閉酸液泵17，在加熱的條件下，磷酸和水樣中的無(wú)機(jī)碳反應(yīng)生成二氧化碳，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w通過(guò)電子制冷除水系統(tǒng)5、干燥管10、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14、廢氣閥18后排出；光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)14通過(guò)測(cè)量二氧化碳的濃度，計(jì)算出水樣中無(wú)機(jī)碳的含量，測(cè)量完成后，關(guān)閉酸化氧氣閥9、廢氣閥18。用總碳的含量減去無(wú)機(jī)碳的含量得到總有機(jī)碳的含量；根據(jù)TOC和COD的線(xiàn)性關(guān)系，得到水樣中COD的值；電腦上顯示總碳含量、無(wú)機(jī)碳含量、總有機(jī)碳的含量、COD數(shù)值四個(gè)指標(biāo)，整個(gè)測(cè)量過(guò)程完成。
權(quán)利要求1.一種紅外TOC分析儀，其特征在于，包括總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)對(duì)總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行控制，并將輸出信號(hào)傳給所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外TOC分析儀，其特征在于，所述總碳測(cè)量系統(tǒng)包括:自動(dòng)進(jìn)樣單元、加熱燃燒單元、光學(xué)測(cè)量單元；所述無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)包括:酸化單元、預(yù)吹掃單元、光學(xué)測(cè)量單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外TOC分析儀，其特征在于，所述自動(dòng)進(jìn)樣單元包括:氣路移動(dòng)機(jī)構(gòu)、水樣連接機(jī)構(gòu)、坩堝燃燒機(jī)構(gòu)；所述加熱燃燒單元由高頻電壓產(chǎn)生電路、高壓電子管、高頻電磁控制電路、高頻加熱螺旋管、石英管燃燒室構(gòu)成；酸化單元由酸化管、磷酸試劑瓶、酸液泵、進(jìn)水樣泵、加熱系統(tǒng)、電磁閥、連接管路構(gòu)成；預(yù)吹掃單元由壓力控制機(jī)構(gòu)、燃燒室、酸化室、除水管、吸附管、光學(xué)吸收管、氣閥、連接管路構(gòu)成；光學(xué)測(cè)量單元由紅外光源、光學(xué)吸收管、紅外接收傳感器、光電轉(zhuǎn)化電路、信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)、信號(hào)放大電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外TOC分析儀，其特征在于，所述氣路移動(dòng)機(jī)構(gòu)由空氣閥、移動(dòng)氣缸、氣缸支架和連接管路組成；所述水樣連接機(jī)構(gòu)由水樣嘴、電磁閥、水樣泵、水樣預(yù)排系統(tǒng)、連接管路組成； 坩堝燃燒機(jī)構(gòu)由鉬金材料的坩堝、坩堝托架、上升氣缸組成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種能夠自動(dòng)測(cè)量環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域地表水及污水中有機(jī)物含量的儀器，是一種測(cè)量水中總有機(jī)碳的含量的自動(dòng)化儀器；能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全自動(dòng)化，測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)家要求。一種紅外TOC分析儀，包括總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)對(duì)總碳測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行控制，并將輸出信號(hào)傳給所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，總碳測(cè)量系統(tǒng)包括自動(dòng)進(jìn)樣單元、加熱燃燒單元、光學(xué)測(cè)量單元；無(wú)機(jī)碳測(cè)量系統(tǒng)包括酸化單元、預(yù)吹掃單元、光學(xué)測(cè)量單元；本實(shí)用新型解決了測(cè)量TOC的過(guò)程中傳統(tǒng)的加熱方法溫度不高的問(wèn)題，使燃燒溫度提高到1200度，使水樣的燃燒更充分、完全，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度；同時(shí)解決了水樣量少的問(wèn)題，熱輻射干擾的問(wèn)題，TOC-COD一體化測(cè)量的問(wèn)題，儀器適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域和其他行業(yè)對(duì)各類(lèi)水中總有機(jī)碳含量的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N21/35GK203083925SQ201320126708
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者劉傳榮 申請(qǐng)人:泰安市科瑞光學(xué)儀器有限公司