在线水质分析仪器的组成与维护

阳极溶出伏安法在线重金属分析仪主要由湿化学组件和电化学检测组件组成。

(1)湿化学组件

由泵管、阀、泵、定量管、电极和电解池模块组成,有的还配置UV 消解装置。湿化学组件完成顺序注射进样、排样工作以及检测过程中电解池模块的工作模式。

进样排样部分用到了阀组和泵两种器件。阀组主要有隔膜阀组(电磁阀)和多通选择阀两种。隔膜阀响应快但液体中的颗粒物会堵塞阀体;多通选择阀相对不容易被堵塞阀体,但阀响应慢。

泵主要有蠕动泵和注射泵两类。注射泵由于无脉动输送,有如下优点:

①全称匀速运动,工作平稳无脉动。

②宽范围运行,无须清洗。

③输送不同特性的流体只需更换注射器,流量精确,控制精度高。

但注射泵不能输送含有固体颗粒的液体。

蠕动泵由于输送的介质不与泵体接触,有利于输送一些对金属腐蚀性较强的介质(如各种酸、碱溶液或者一些含氟离子的盐溶液),清洗、拆卸简单快捷。由于介质只在软管内流动,清洗仅针对软管即可。而且蠕动泵软管的安装和拆卸都比较简单;由于压辊工作时从切向挤压软管,而且具有较低的转速,因此在输送一些比较敏感、易破损的介质时具有独特的优势;耐久性良好,适合各种工业或实验室条件,有很好的自吸功能,非虹吸,可干转并自吸。但使用柔性管,会使承受压力受到限制且泵在运行时会产生一个脉冲电流,脉冲电流会对其他电路尤其是电化学工作站有强烈的影响(前面的隔膜阀也会产生脉冲电流),解决方法是使用保护电路(脉冲抑制器)来屏蔽。

图15.3 是比较常见的在线分析仪的管路结构,同电解池共同构成在线分析仪的湿化学组件。阀组采用多通阀,泵采用注射泵。同样用隔膜阀组和蠕动泵也能构成在线分析仪的管路结构。(www.xing528.com)

图15.3　溶出伏安法重金属在线分析仪的湿化学组件

(2)电化学检测组件

电化学检测组件包含控制系统和电化学工作站。

常见的控制系统由工业电脑(工业主板)和PLC 组成。工业电脑负责电化学工作站输入输出以采集电极的电化学信号,并对信号处理计算。PLC 对湿化学组件的各个器件的正常工作加以控制。工业电脑和PLC 一般通过串口通信以使其控制的各电化学工作站和湿化学组件相互配合。

随着嵌入式系统的运用,电化学检测组件得以简化,采用单片机嵌入式技术,将控制系统中工业电脑和PLC 的功能集成在微处理系统上,使工业电脑和PLC 之间通信命令转变为嵌入式系统内部命令,减少了工业电脑和PLC 之间可能出现的通信错误,降低故障率。

以阳极溶出伏安法为检测方法的重金属在线分析仪的各个电化学反应过程是由电化学仪器——电化学工作站来完成(也能完成极谱功能,通常极谱仪也能完成此项工作,如瑞士万通的797 伏安极谱仪)。电化学工作站作为检测装置是在线分析仪的核心部件,其优劣决定了在线分析仪的灵敏度和精度。

电化学工作站通常包括一个控制电极电势的恒电位仪(或一个控制通过电解池电流的恒电流仪)、一个产生扰动信号的函数发生器(信号发生器)以及可以测量采集的电流I、电位E和时间t 的数据记录器(信号接收器)。电化学工作站与电极连接。恒电位仪以及放大器和其他用于控制电流和电压的模块,是由一些运算放大器构成的模拟器件,能够处理模拟信号如电压(源自函数发生器)的电子系统。函数发生器在过去是由模拟电路构成,由于近年来数字电路的发展,恒电位仪所需的模拟信号由主机(计算机)D/A 产生。记录器负责信号的接收,通常是将电化学反应产生的模拟信号经A/D 传入主机,由主机来进行信号的传输、记录和处理。信号采用数字量进行传输、运算比模拟量处理的失真度小,较真实地反映了电极上电化学反应的信号;同时用数字电路替代部分模拟电路,极大地简化了电路设计和用软件控制数字电路产生各种所需的信号,使电化学工作站进一步微型化并拓展更多的功能成为可能。

重金属在线分析仪的组成除了湿化学组件和电化学检测组件,还具有显示屏(触摸屏),便于人机对话操作,仪器整体为机柜,通过RS-232 或RS-485 协议和外界通信。