[發明專利]一種雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器及其方法

有效

• 申請號: 201610093685.8
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105738438B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 趙學亮;史云;魏光華
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局水文地質環境地質調查中心
• 主分類號: G01N27/27
• 分類號: G01N27/27
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

1.一種雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，其特征在于包括：

一微處理器單元，其內置模/數轉換器，且還內置有智能溫度補償的定量計算與碳酸氫根和碳酸根離子定量計算的軟件算法程序，具體的，通過儀器現場測試并直接轉換獲得游離二氧化碳的濃度C_T和被測溶液氫離子濃度H⁺；還包括，獲取二氧化碳電極校正時二氧化碳擬合關系后，對所述二氧化碳電極進行溫度補償；所述的智能溫度補償的定量計算的軟件算法程序中，該軟件算法所依據的pH值電極斜率的溫度補償公式為：

SP_ph＝0.1984×TEMP+54.198 (1)

式中SP_ph為pH電極斜率，TEMP為測試時當下的被測溶液溫度值(℃)；

該軟件算法所依據的二氧化碳電極斜率的溫度補償算法為1.97mV/10℃；

來自pH電極和二氧化碳電極的現場探測信息經信號調理單元調理輸出后傳送給微處理器單元，該微處理器單元直接對收集到的兩路電極數據進行溫度補償的處理；

所述的微處理器單元中內置的碳酸氫根和碳酸根離子定量計算的軟件算法程序中，遵循離解平衡方程式，計算公式為：

其中，K₁為一級離解平衡常數，K₁＝10^-6.352；K₂為二級離解平衡常數，K₂＝10^-10.329；

一pH電極單元，含有內置參比電極的pH電極，該pH電極輸出與被測溶液氫離子活度的對數呈線性關系的電位信號；

—二氧化碳電極單元，含有內置參比電極和填充液的二氧化碳電極，該電極輸出與被測溶液游離二氧化碳濃度的對數呈線性關系的電位信號；

一信號調理單元，用于將pH電極或二氧化碳電極的輸出信號調理到微處理器單元內置模/數轉換器許可的范圍；該信號調理單元為兩路，分別供pH電極單元和二氧化碳單元使用；

一溫度采集單元，其由熱敏電阻傳感器、恒流源電路和低通濾波電路組成；所述熱敏電阻傳感器經恒流源電路驅動后輸出信號與低通濾波電路連接；

一人機交互單元，包括鍵盤和液晶顯示模塊；所述鍵盤與微處理器單元I/O連接，用于對本雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器進行控制和設置；所述液晶顯示模塊與所述微處理器單元I/O連接，用于顯示提示信息和檢測結果；

一負載電源管理單元，包括一個電池、一路可將電池電壓轉換為供電路工作電壓額的低壓差線性穩壓器(LDO)和三路負載開關；其中，所述低壓差線性穩壓器(LDO)向所述微處理器單元供電，所述三路負載開關均由微處理器單元I/O口控制關閉或打開以為所述信號調理單元、溫度采集單元和人機交互單元提供工作電壓；

所述的信號調理單元的信號輸出端接微處理器單元的信號采集輸入端；所述溫度采集單元中的輸出端與微處理器單元的信號采集輸入端連接。

2.根據權利要求1所述的雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，其特征在于：所述信號調理單元各路由阻抗匹配電路、低通濾波電路和電壓抬升電路組成；所述pH電極單元和二氧化碳電極單元輸出端分別與對應一路的阻抗匹配電路輸入端相連，所述阻抗匹配電路的輸出信號經低通濾波器后，由所述電壓抬升電路調理為正向電壓信號。

3.根據權利要求2所述的雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，其特征在于：所述信號調理單元的各阻抗匹配電路中采用高阻抗、低漂移專用儀表放大器INA121。

4.根據權利要求1所述的雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，其特征在于：所述pH電極和二氧化碳電極均內含參比電極，參比電極為銀-氯化銀電極。

5.根據權利要求1所述的雙電極法實現水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，其特征在于：所述的二氧化碳電極內填充有用于緩沖溶液離子強度的填充液；在檢測儀器內部置有對二氧化碳電極校正的程序，經該程序校正后的二氧化碳電極可直接測得被測溶液的游離二氧化碳濃度。