[發(fā)明專利]紅外TOC分析儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110393659.4
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102410988A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉傳榮
• 申請（專利權(quán)）人: 泰安市科瑞光學(xué)儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 泰安市泰昌專利事務(wù)所 37207
• 代理人: 姚德昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境與資源技術(shù)領(lǐng)域，主要是應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，更為具體的說是測量水或土壤中總有機碳（TOC）含量的儀器。

背景技術(shù)

目前該領(lǐng)域內(nèi)測量TOC的儀器一般依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《HJ?501-2009?水質(zhì)?總有機碳的測定?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國家計量檢定規(guī)程《JJG?821-2005?總有機碳分析儀》和《KR-IV紅外TOC分析儀企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》研制、開發(fā)。

目前國內(nèi)外比較成熟的生產(chǎn)總有機碳（TOC）分析儀的廠家主要集中在歐美日等發(fā)達國家，如：日本島津公司，美國熱電、哈希等公司，國內(nèi)大多采取模仿式的生產(chǎn)方式，研究開發(fā)仍處于初級階段，?TOC分析儀主要為兩種原理：1、濕法儀器：在被測水樣中加入酸化劑，在特定波長的紫外線照射下水樣中的有機物被酸化，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，通過測量水樣的電導(dǎo)率就能得知生成碳酸的量，從而能得到水樣中有機物的碳含量，即得到總有機碳值。但是這種儀器存在只能測量水樣中的總有機碳的含量比較低的情況；如果水樣中的有機物含量比較高，就無法準(zhǔn)確測量。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：把被測水樣加入一定量的酸，水樣中的無機碳反應(yīng)生成二氧化碳氣體，把產(chǎn)生的二氧化碳氣體吹走；水樣中就只含有有機碳，把酸化后的水樣送入高溫爐中燃燒，其中的有機碳經(jīng)過燃燒生成二氧化碳氣體，此氣體經(jīng)過紅外測量系統(tǒng)后，得到產(chǎn)生的二氧化碳氣體的量，從而得到水樣中的總有機碳。差減法原理是：把被測水樣送入高溫爐中燃燒，水樣中的有機碳和無機碳經(jīng)過燃燒后生成二氧化碳氣體，通過測量得到水樣中的總碳含量；把同樣的被測水樣送入儀器的酸化池中，加酸后水樣中的無機碳生成了二氧化碳氣體，把此氣體送入測量系統(tǒng)中測量，得到水樣中無機碳的含量；用總碳的含量減去無機碳的含量就得到總有機碳的含量。目前市場上TOC分析儀大部分是干法儀器，但國外生產(chǎn)的干法儀器還有一些缺點：一是燃燒溫度不夠高，只有680度，水樣中有一部分有機物不能充分燃燒。二是被測水樣要進行高要求的粉碎、過濾前期處理，損失了一部分有機物。三是被測水樣進樣量太少，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)熱時間很長，儀器開機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)問題，本發(fā)明提出一種新的技術(shù)方案，?采用干法中的減差法原理，利用高頻電磁加熱法對被測水樣實現(xiàn)加熱燃燒，提高了燃燒溫度，燃燒溫度可達到1200度，使所有的有機物都能充分燃燒，消除了國外儀器存在的缺點；水樣燃燒時不需要對水樣粉碎過濾，不用噴霧嘴，直接加入到樣品池中即可；被測水樣的體積增大了，由10-25微升提高到100-200微升，使被測水樣更能代表實際水樣，樣品的代表性更好，測量更準(zhǔn)確；儀器的燃燒系統(tǒng)不需要長時間的連續(xù)加熱，只是在燃燒水樣的時候加熱，只需要幾十秒鐘，消除了熱輻射的干擾，同時大大減少了用電量。

紅外TOC分析儀的主要工作原理是:由自動進樣系統(tǒng)把被測水樣加入到燃燒坩堝中，坩堝自動進入到燃燒系統(tǒng)中，啟動加熱燃燒系統(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)過燃燒與氧反應(yīng)生成二氧化碳氣體；二氧化碳氣體進過干燥后進入光學(xué)測量系統(tǒng)，能吸收二氧化碳特定波長的紅外光線掃描氣體，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，由計算二氧化碳的濃度，進而得到水樣中總碳的濃度，總碳測量完成。總碳測量完成后進行無機碳的測量，啟動吹氧系統(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水樣，兩者混合后水樣中的無機碳和磷酸反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，經(jīng)過除水后送入光學(xué)測量系統(tǒng)；通過計算得到無機碳的濃度。總碳的濃度減去無機碳的濃度得到總有機碳的濃度；根據(jù)總有機碳和化學(xué)需氧量的線性關(guān)系，計算得到COD的含量。所有的測量結(jié)果送計算機顯示存儲和打印。

具體的采用以下技術(shù)方案

一種紅外TOC分析儀，包括總碳測量系統(tǒng)、無機碳測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)對總碳測量系統(tǒng)、無機碳測量系統(tǒng)進程進行控制，并將輸出信號傳給所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

總碳測量系統(tǒng)包括：自動進樣單元、加熱燃燒單元、光學(xué)測量單元；無機碳測量系統(tǒng)包括：酸化單元、預(yù)吹掃單元、光學(xué)測量單元。

自動進樣單元包括三部分，一是氣路移動機構(gòu)，二是水樣連接機構(gòu)，三是坩堝燃燒機構(gòu)。