專利名稱：六價(jià)鉻離子過程分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于化學(xué)分析中的儀器分析和過程分析技術(shù)領(lǐng)域。
關(guān)于六價(jià)鉻離子Cr(Ⅵ)濃度的過程分析，即在線自動(dòng)測量儀器，目前在國內(nèi)尚未見專門的報(bào)導(dǎo)。TechniconInstrumentsLtd的CSM－6系統(tǒng)是一種多參數(shù)分析的自動(dòng)分析儀器，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的CSM－12與前者在設(shè)計(jì)和原理上是相似的，均可用于水質(zhì)的連續(xù)測量，可能測量的參數(shù)包括Cr(Ⅵ)。但該儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專用性不強(qiáng)，基本上是機(jī)電結(jié)構(gòu)，并輔之以比例泵和配管，不是理想的工業(yè)專用Cr(Ⅵ)過程分析儀器〔1〕。國外也有除Cr(Ⅵ)以外的其它重金屬離子的過程分析儀器或系統(tǒng)，但未見本實(shí)用新型的Cr(Ⅵ)分析儀器。國內(nèi)亦未有本實(shí)用新型所提出的分析儀器。對(duì)于Cr(Ⅵ)的過程分析問題，本實(shí)用新型提出一種實(shí)用性好、可靠性強(qiáng)、精度較高的Cr(Ⅵ)過程分析儀器，并且該儀器可以極為方便地用于其它具有顯色反應(yīng)的離子濃度過程分析上，例如砷(Ⅴ)、鉍(Ⅲ)、鈷(Ⅱ)、銅(Ⅱ)、氟離子、碘離子、鐵(Ⅱ和Ⅲ)、錳(Ⅱ)、汞(Ⅰ和Ⅱ)、硝酸根、亞硝酸根、鉑(Ⅳ)、銠(Ⅲ)、釕(Ⅲ)、硒(Ⅳ)等等。
本實(shí)用新型是針對(duì)工業(yè)廢水中六價(jià)鉻離子Cr(Ⅵ)含量的在線自動(dòng)測量而提出的。Cr(Ⅵ)是對(duì)人體健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響的有害物質(zhì)，能在環(huán)境或動(dòng)植物體內(nèi)蓄積。工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢水里含有該離子。為頻繁迅速地測量Cr(Ⅵ)濃度，取代現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室人工分析、節(jié)約人力，更有效地控制日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，發(fā)明了本Cr(Ⅵ)過程分析儀器。
本實(shí)用新型采用Cr(Ⅵ)濃度分析的專有方法，即在酸性溶液(PH＝2)中加入有機(jī)試劑二苯卡巴肼DPC，DPC以每100me無水乙醇中加入0.5g的二笨卡巴肼?lián)u勻制成溶液。DPC與Cr(Ⅵ)溶液的反應(yīng)比例約為120，DPC在溶液中被Cr(Ⅵ)氧化生成二苯卡巴腙，自身還原成Cr(Ⅲ)；Cr(Ⅲ)與二苯卡巴腙形成強(qiáng)烈顯色的水溶性螯合物陽離子，使溶液呈現(xiàn)紫紅色。在波長544nm下，用硅光電池測量透過紫紅色溶液的透射光強(qiáng)度。光電池產(chǎn)生光生電流。根據(jù)吸收定律，可推導(dǎo)出光生電流與Cr(Ⅵ)含量的函數(shù)關(guān)系。以MCS－48系列8039單片機(jī)系統(tǒng)完成信息采集和處理控制功能，由此測量出Cr(Ⅵ)濃度。
本實(shí)用新型涉及的Cr(Ⅵ)過程分析儀器在硬件上包括兩個(gè)裝置，即采樣檢測裝置和處理控制裝置。


圖1是采樣檢測裝置的光電比色檢測傳感單元的原理示意圖；圖2是采樣檢測裝置的自動(dòng)采樣和預(yù)處理單元的示意圖，圖3是該單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4處理控制裝置的原理框圖，圖5是該裝置原理示意圖。
圖中，1——電流電壓轉(zhuǎn)換放大電路；2——硅光電池；4——透鏡；5——濾光片；6——光源；7——DPC貯杯；8——廢水貯杯；9——泵；10、11、13、15、18、19——防腐電磁閥；12——顯色反應(yīng)杯；14——過濾器；16——測量皿(比色皿)；17——參比皿(比色皿)；20－廢水池；21——程序存貯器(2716)；22——輸入?yún)?shù)(碼盤)；23——光電隔離；24——單片微型計(jì)算機(jī)(8039)；25——多路開關(guān)和A／D(開關(guān)和A／D)；26——數(shù)字顯示(顯示)；27——微型打印(打印)；28——單片機(jī)擴(kuò)展電路(8243)。
采樣裝置包括泵(9)、過濾器(14)、防腐電磁閥(10，11，13，15，18，19)、顯色劑DPC貯杯(7)、廢水貯杯(8)、顯色反應(yīng)杯(12)、光源(6)、透鏡(4)、濾光片(5)、比色皿(16，17)、電流／電壓轉(zhuǎn)換放大電路(1)、繼電器、自動(dòng)控制插板和供電單元。傳感檢測單元采用光電比色原理，使用測量比色皿(16)和參比色皿(17)進(jìn)行雙光路雙參數(shù)測量。測量皿(16)和參比皿(17)均進(jìn)行了最優(yōu)化設(shè)計(jì)，其最優(yōu)光程尺寸為12mm，使整個(gè)Cr(Ⅵ)過程分析儀器具有最好的測量靈敏度。省去一般光電比色分析中的高指標(biāo)穩(wěn)壓電源或恒流源，僅用最普通的直流供電即可。采樣檢測裝置的工作流程是啟動(dòng)泵(9)將工業(yè)廢水抽水廢水貯杯(8)中，打開電磁閥DF2(11)，用待測廢水將顯色反應(yīng)杯(12)沖洗干凈，打開電磁閥DF3(13)，經(jīng)測量皿(16)排出，該沖洗過程進(jìn)行兩次。打開電磁閥DF1(10)往顯色反應(yīng)杯(12)中加入定量的顯色劑(由處理控制裝置控制時(shí)間定量)，打開DF2(11)往顯色反應(yīng)杯(12)中加入定量的廢水樣品(先加顯色劑后加廢水樣品，是為了加快顯色反應(yīng)的進(jìn)行)。顯色反應(yīng)5分鐘(此時(shí)反應(yīng)基本結(jié)束，達(dá)到了平衡)后，打開DF3、DF4(15、13)將顯色后的樣品和待測廢水分別送進(jìn)測量皿(16)和參比皿(17)中。靜置20秒鐘，使兩皿(16、17)中液體基本穩(wěn)定，處理控制裝置采集濃度對(duì)應(yīng)的電量。然后打開DF5(18)、DF6(19)將兩皿(16、17)中液體放出，打開DF2(11)將顯色反應(yīng)杯(12)和測量皿(16)沖洗兩次。關(guān)電源(6)。至此，一個(gè)完整的過程分析周期結(jié)束。在外部設(shè)定的間歇時(shí)間后，本儀器再次自行啟動(dòng)，進(jìn)行下一次周期的分析。
處理控制裝置是以MCS－48系列單片機(jī)8039為主芯片組成的。針對(duì)Cr(Ⅵ)過程分析儀器的要求和特點(diǎn)，專門化地設(shè)計(jì)組成這個(gè)最小專用系統(tǒng)。它具有外接ROM程序存貯器(21)、多路開關(guān)和A／D轉(zhuǎn)換器(25)、撥碼盤外部參數(shù)輸入單元(22)、光電隔離器(23)、LED數(shù)字顯示器(26)、微型打印機(jī)(27)和單片微型計(jì)算機(jī)及I／O擴(kuò)展器(24)等?？紤]到工業(yè)使用環(huán)境，儀器應(yīng)用光電隔離防護(hù)技術(shù)，使之具有優(yōu)秀的抗干擾能力，儀器可長時(shí)間連續(xù)，有很好的可靠性和穩(wěn)定性。單片機(jī)最小系統(tǒng)總線復(fù)用，使多種功能分時(shí)實(shí)現(xiàn)，具有優(yōu)秀的性能／價(jià)格比。
本儀器采用單波長(最大吸收波長544nm)雙光路線路，加之巧妙的“比值運(yùn)算法”，本質(zhì)地消除了光源電壓波動(dòng)、比色皿污染和光電池疲勞等對(duì)測量結(jié)果的影響，大大提高了儀器的測量精度、可靠性和穩(wěn)定性。
儀器采用單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化。濃度計(jì)算公式固化在EPROM程序存貯器(21)中，并具有誤差自校正和自檢功能，使得儀器可以長期可靠地用于Cr(Ⅵ)在線自動(dòng)測量。
外部可置入時(shí)間參數(shù)，即加顯色劑時(shí)間、加廢水樣品時(shí)間、顯色反應(yīng)時(shí)間和兩次測量時(shí)間的間歇時(shí)間，儀器可靈活地按照“固定模式”和“參數(shù)模式”兩種形式運(yùn)行。
儀器設(shè)計(jì)考慮到擴(kuò)展使用，只需做簡單變化即可用于多種具有顯色反應(yīng)的離子濃度在線自動(dòng)測量上。
該儀器測量范圍為0～2ppm(即0～3.85×10－5M)，最小分辨率為0.05ppm(即9.6×10－7M)，相對(duì)誤差小于5％，允許一定量干擾離子的存在。
現(xiàn)有的Cr(Ⅵ)分析是實(shí)驗(yàn)室人員去現(xiàn)場采集樣品，送回實(shí)驗(yàn)室，然后進(jìn)行分析，分析結(jié)果再送回現(xiàn)場，不利于頻繁迅速地監(jiān)測Cr(Ⅵ)濃度和控制排放濃度，而且浪費(fèi)人才。本儀器則可長期自動(dòng)測量，顯示記錄打印Cr(Ⅵ)濃度，越限超標(biāo)的聲光報(bào)警，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?，F(xiàn)有的分析方法長時(shí)間穩(wěn)定性不好，需經(jīng)常調(diào)整零點(diǎn)和滿度，而本實(shí)用新型Cr(Ⅵ)過程分析儀器采用“比值運(yùn)算法”，可以長期穩(wěn)定可靠連續(xù)工作，自動(dòng)化程度高。
注〔1〕Clevett，K.J.HandbookofProcessStreamAnalysis，USA，HalstedPress，1973。
權(quán)利要求1.一種光電比色法Cr(Ⅵ)過程分析儀器，其特征為它的結(jié)構(gòu)由采樣檢測裝置和處理控制裝置組成，采樣檢測裝置包括泵(9)、過濾器(14)、防腐蝕電磁閥(10，11，13，15，18，19)、顯色劑DPC貯杯(7)和廢水貯杯(8)、顯色反應(yīng)杯(12)、光源(6)、透鏡(4)、濾光片(5)、比色皿(16、17)、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大電路(1)等組成；處理控制裝置包括MCS-48系列單片機(jī)8039為主芯片(包括I/O擴(kuò)展器)(24)、外接EPROM程序存貯器(21)、多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器(25)、光電隔離器(23)、LED數(shù)字顯示器(26)、外部參數(shù)輸入單元(22)和微型打印機(jī)(27)等。
2.按權(quán)利要求1所述的光電比色法Cr(Ⅵ)過程分析儀器，其特征為最優(yōu)化的光電反應(yīng)條件是波長544nm下，和由最佳比色皿厚度決定的光程為12mm。
3.按權(quán)利要求1所述的光電比色法Cr(Ⅵ)過程分析儀器，其特征為用MCS－48系列單片機(jī)控制電磁閥實(shí)現(xiàn)顯色劑和廢水配置比例，其最佳體積比例為120。
4.按權(quán)利要求1所述的光電比色法Cr(Ⅵ)過程分析儀器的檢測傳感單元，其特征為雙光路雙參數(shù)測量方法，雙參數(shù)用比值運(yùn)算法處理。
專利摘要六價(jià)鉻離子過程分析儀器由采樣檢測裝置和處理控制裝置兩部分組成，適用于工業(yè)排放廢水中六價(jià)鉻離子濃度在線自動(dòng)測量。本儀器特征如下1、優(yōu)化設(shè)計(jì)了比色皿的光程尺寸和形狀，儀器靈敏度高；2、采用雙光路雙參數(shù)比值運(yùn)算法，消除了光源電壓波動(dòng)、比色皿污染、光電池疲勞和溫度等影響；3、使用單片機(jī)，儀器有智能化功能和優(yōu)秀性能價(jià)格比；4、單片機(jī)和控制電磁閥取代了復(fù)雜的比例泵。因此，本儀器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以長期、可靠且穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01N21/77GK2046625SQ8820848
公開日1989年10月25日 申請(qǐng)日期1988年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月20日
發(fā)明者潘亞明, 余潤, 薜錦誠, 黃友之, 張若蘭, 陳云龍, 姜波, 張文政 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)