[發明專利]基于MOMES微型光譜儀的多參數水質監測微系統

有效

• 申請號: 201110021743.3
• 申請日: 2011-01-19
• 公開（公告）號: CN102147373A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 溫志渝;魏康林;武新;高亮;郭建;陳松柏
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/09
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于在線光譜水質分析與監測技術領域，涉及一種基于微光機電技術

（MOEMS?:Micro-Optical-Electro-Mechanical?System）的微型光譜儀及現代光譜分析技術的多參數水質監測微系統。

背景技術

基于光譜分析的水質監測技術是現代環境監測的一個重要發展方向，與傳統的化學分析、電化學分析和色譜分析等分析方法相比，光譜分析技術更具有操作簡便、消耗試劑量小、重復性好、測量精度高和分析快速的優點，非常適合對環境水樣的快速在線監測。

目前該技術主要有原子吸收光譜法、分子吸收光譜法以及高光譜遙感法。其中高光譜遙感法由于測量精度不高多數用于定性分析，而原子吸收光譜法精度雖高，但由于首先要把樣品汽化，因而耗能較高，系統體積大，不適合廣泛使用。比較而言，分子吸收光譜法是目前應用較為廣泛的水質分析技術，其中紫外-可見光譜分析法可直接或間接地測定大多數的金屬離子、非金屬離子和有機污染物的含量，具有靈敏、快速、準確、簡單等優點，并可實現對多種參數的監測，在對飲用水、地表水、工業廢水等水體的在線監測中具有顯著的技術優勢，是國內外科研機構與主要分析儀表廠商競相研發的現代水質監測技術。

而基于分子光譜法的傳統分光光度水質監測儀器普遍存在體積大、功耗高、檢測流路復雜、攜帶安裝不便、監測參數較少等多個方面的技術不足。難以滿足現代環境監測對分析儀器在低功耗、小體積、安裝使用方便、監測快速實時和多功能系統集成等方面的技術發展要求。

隨著MEMS（Micro-Optical-Electro-Mechanical?System?微機電系統）技術的發展，MEMS技術與環境科學、信息技術和現代生化分析技術相互交叉融合，為水質監測儀器的微型化、智能化、集成化和網絡化注入了新的活力。具有多參數監測、實時快速、攜帶方便等功能的多參數水質監測微系統已成為世界各國在現代環境監測儀器領域的研究重點和重要發展方向。特別是近年來隨著MOMES技術和現代水質分析技術的迅速發展，使得水質監測系統的微型化成為了可能，?基于MOEMS微型光譜儀的多參數水質監測微系統（微型化儀器）正成為前國內外水質監測技術領域的研究熱點和重要發展趨勢。

本發明基于MOEMS微型光譜分析儀，設計出具有監測實時快速、攜帶使用方便、多功能集成的水質監測微系統，能夠在可見光譜范圍內監測河水中六價鉻（Cr⁶⁺）、鉛(Pb²⁺)、總酚(Tph)、陰離子表面活性劑(AS)、氨氮(AN)、COD（化學需氧量）和總磷(TP)等多種水質參數的變化，可廣泛應用于地表水質II類監測。

發明內容

本發明針對現代水資源環境監測對在線分析儀器在體積微型化、功能集成化和監測快速實時方面的技術發展要求，提出了一種基于MOEMS微型光譜儀的多參數水質監測微系統（微型儀器），通過采用基于多位閥和微型步進電機蠕動泵的集成化多樣品多試劑順序進樣流路系統，具有高效快速的流路切換功能和比較高的試樣抽取精度（±1%），并且通過采用超聲攪拌和清洗技術，使得系統檢測快速，清洗高效，本發明能夠廣泛應用于地表II類水質的實時監測。

本發明采用如下技術方案：

一種基于MOMES微型光譜儀的多參數水質監測微系統，其由光學檢測系統、多樣品與試劑進樣流路系統、基于單片機的控制電路系統、嵌入式測控系統和無線發送模塊組成；其特征在于，所述多樣品與試劑進樣流路系統通過管路連接光學檢測系統，將樣品與試劑送入光學檢測系統，光學檢測系統的輸出信號接入嵌入式測控系統，嵌入式測控系統從上層控制基于單片機的控制電路系統，使整個系統運作，并與無線發送模塊連接，通過無線發送模塊與上位機進行信號通訊，實現上位機對系統的遠程監控；

所述多樣品與試劑進樣流路系統是由多位閥與微型步進電機蠕動泵構成的流路系統，具有多樣品與試劑的流路切換和精確進樣的功能；

所述光學檢測系統由準直光源、多功能微型樣品檢測室、MOEMS微型光譜儀組成；準直光源的光通過多功能微型樣品檢測室后，通過光纖將信號送入MOEMS微型光譜儀，所述MOEMS微型光譜儀對多功能微型樣品檢測室內的反應樣品進行光譜分析，將數據送入嵌入式測控系統，經處理后檢測水樣的各個參數的含量。

所述多功能樣品檢測室其包括流通檢測池、恒溫超聲水槽和超聲換能器，所述流通檢測池位于恒溫超聲水槽內，恒溫超聲水槽內盛有蒸餾水，所述流通檢測池的下2/3部分淹沒于蒸餾水之中；