水質(zhì)微量重金屬在線(xiàn)復合傳感器研究

                                                      來(lái)源:http://thesierramadre.com/ 作者:余氯檢測儀 時(shí)間:2019-10-11

                                                        摘 要:工業(yè)凈水需求在線(xiàn)傳感監測微量重金屬。針對此方向,創(chuàng )新研究長(cháng)光程吸收光度傳感器,以固體激光(650 nm)為單色光源,無(wú)色穩定絡(luò )合劑EDTA為增敏顯色劑。制作槽式傳感器如“飯盒”型狀體積,可檢測自來(lái)水銅離子最低達0.1 mg/L。晝夜在線(xiàn)監測可采用GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸。

                                                        關(guān)鍵詞:長(cháng)光程光度傳感器;水質(zhì)微量重金屬;EDTA試劑;污水凈化

                                                        0 引 言

                                                        工業(yè)用水、污水凈化及管網(wǎng)自來(lái)水等廣泛需求水質(zhì)微量重金屬的在線(xiàn)傳感。目前,國內開(kāi)展的此課題研究工作較少,在線(xiàn)傳感的資料也不多見(jiàn)。針對此方向,多年來(lái),我們進(jìn)行了多視角的試驗研究,研究出專(zhuān)用長(cháng)光程光度傳感器,可以進(jìn)行在線(xiàn)水質(zhì)重金屬離子(銅,鉻,鎳)復合總量的靈敏分析,檢測結果穩定,精準效果明顯。采用500 mm長(cháng)光程光度傳感器,以低濁自來(lái)水為水質(zhì)樣本,銅離子濃度的最低檢測限可以達到0.1 mg/L。傳感器(包括槽型光電發(fā)送器,微泵及試劑)如“飯盒”型狀體積,是創(chuàng )新的檢測應用技術(shù)。

                                                        1 水中微量重金屬離子濃度傳感概述

                                                        1.1 檢測水中重金屬原理

                                                        EDTA試劑是特效的氨羧絡(luò )合劑,是無(wú)色、無(wú)毒、穩定、安全的化學(xué)試劑。它能夠和很多金屬離子生成水溶性螯合物,應該特別強調:無(wú)色的金屬離子溶液,生成的螯合物仍舊沒(méi)有顏色。而對于銅、鉻、鎳等重金屬離子溶液,其表現的原本顏色是淺藍色,當溶液加入EDTA并發(fā)生絡(luò )合作用后,表現的藍色會(huì )進(jìn)一步加深,形成強化的增敏作用,增敏的蘭色極其穩定[1]。依據EDTA這種特效作用,使水中微量重金屬檢測靈敏度有了較高的提升。

                                                        此方法不能選擇性地進(jìn)行單組分濃度監測,它只能檢測銅鉻鎳等有害重金屬的復合總量。在較多實(shí)際水樣中,普遍存在單個(gè)重金屬的情形。此方法優(yōu)點(diǎn)較多,試劑價(jià)廉又很穩定,測定只需消耗1滴劑量,另外,制作的光度傳感器較可靠實(shí)用,非常適用水質(zhì)在線(xiàn)的自動(dòng)監測和預警[2]。

                                                        1.2 標準試劑配制

                                                        銅標準貯備溶液:稱(chēng)取硫酸銅(CuSO4?5H2O)0.392 9 g,溶于水中,加入1 mL硫酸(1+4)酸化,以水稀釋至1 L。此液濃度為100 mg/L。

                                                        銅標準使用溶液1 mg/L:吸取上述的貯備液10.0 mL,以水準確稀釋到1 L。

                                                        EDTA溶液5%(m/V):稱(chēng)取乙二胺四乙酸二鈉鹽(簡(jiǎn)稱(chēng)EDTA)50 g溶于1 L水中。

                                                        1.3 光度吸收檢測(朗伯-比耳定律)

                                                        朗伯-比耳定律:A=a*b*c (1)

                                                        其中: A為吸光值,a為吸收系數,b為光程長(cháng)度,c為溶液濃度。

                                                        吸光度A的量值由溶液吸收光度的光電池光強I0和I計算得到。

                                                        A=lg?I0/I

                                                        其中:I0為比色皿入射光強,I為溶液透射光強。

                                                        A的量值基本在1.000以下范圍內,測定溶液時(shí),由式(1)可知:a為常數,c為檢測溶液的濃度,若要求檢測低微量組分的濃度(c為低值),必須加大光程長(cháng)度b值(mm),才能保證A值的靈敏讀出(應有小數點(diǎn)后三位有效數字的精度),在本課題的研究中,加大光程長(cháng)度,也是檢測水中痕量重金屬的有效措施。

                                                        2 長(cháng)光程光度傳感器研究

                                                        2.1 流動(dòng)式在線(xiàn)管式傳感器

                                                        內套為直徑10 mm長(cháng)度500 mm的玻璃管,兩端用光學(xué)圓狀玻璃片封口,兩端有兩個(gè)進(jìn)出水的玻璃接口。外套采用不銹鋼材質(zhì)加工而成,起到避光和加固作用。一端固定固體激光器(+5 V,2 mW),單色光波長(cháng)為650 nm。另一端的光學(xué)玻片外固定硅蘭光電池(R10)附加直流放大器(輸出0~200 mV)。

                                                        在線(xiàn)自動(dòng)監測自來(lái)水管網(wǎng)水質(zhì)可以晝夜連續進(jìn)行,每隔數小時(shí)運行一次,其工作示意圖如圖1所示。運行時(shí),實(shí)時(shí)開(kāi)啟電磁閥,水樣自動(dòng)進(jìn)入管式傳感器進(jìn)行空白參比檢測。隨后開(kāi)動(dòng)低量微型恒流泵(1 mL/min)5 s,水樣和EDTA試劑自動(dòng)混合(顯藍色),關(guān)電磁閥并測量顯色吸光值。激光光源發(fā)出的650 nm線(xiàn)狀單色光,透射長(cháng)管內水溶液,光電池接收透射的光強I,并放大電流輸出,DAM-70型模數轉換A/D電子模塊,實(shí)現數據RS 232的串行輸出。握手聯(lián)接的WINCE嵌入式觸控PC機內裝采樣應用程序(C#語(yǔ)言編制),采集到實(shí)時(shí)檢測的信號數據后,完成吸光值及回歸統計運算,計算得到的水中重金屬濃度值結果,由GPRS數據發(fā)送器通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)發(fā)送到遠端服務(wù)器。

                                                        圖1 管網(wǎng)水質(zhì)重金屬在線(xiàn)自動(dòng)監測示意圖

                                                        2.2 在線(xiàn)槽式光度傳感器

                                                        這種槽式傳感器適合無(wú)壓力的工業(yè)用水或飲用水源的在線(xiàn)監控,如圖2所示。槽式傳感器利用玻璃鍍膜直角棱鏡進(jìn)行光線(xiàn)直角折射,使單色光直射進(jìn)入溶液并讓光線(xiàn)折返,實(shí)現加長(cháng)光程的光度吸收的目的。槽式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以減小長(cháng)結構空間,制成的“飯盒”型狀體積(包含試劑瓶),便于現場(chǎng)安裝。

                                                        3 水中重金屬離子濃度檢測研究

                                                        3.1 配制系列標準濃度液并顯色

                                                        采用1.2配制的銅標準使用溶液(1 mg/L),分別吸取0,2.50,5.00,10.00,25.00 mL加入一組50 mL具塞玻璃比色管中,分別加0.1 mL EDTA(5%)溶液,加水至刻度,加塞搖勻。由此構成不同標準的低濃度顯色溶液(0,0.05 mg/L,0.10 mg/L,0.20 mg/L,0.50 mg/L,1.0 mg/L)。

                                                        圖2 在線(xiàn)槽式光度傳感器簡(jiǎn)圖

                                                        3.2 長(cháng)光程(500 mm)光度傳感檢測實(shí)驗

                                                        采用500 mm和30 mm光程的兩種光度傳感,在650 nm激光單色光處,進(jìn)行檢測比較,結果如表1所示。

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