专利名称：紫外光谱法污水总有机碳(toc)在线检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水中的总有机碳的检测仪，尤其是一种能够在较大光谱范围内 用紫外线照射并分析进行的在线监测污水中的TOC检测仪。
背景技术：
目前为止，水中的有机污染物有增无减，有机污染是水体污染的主要问题，我们 的生活离不开水，因此我们越来越重视对于水以及污水的监测问题。总有机碳TOC(Total organic carbon)是在水中的有机物质的含碳量的总和，有机物中的主要元素由碳的量来 表示，TOC能够完全反映有机物对水体的污染水平。现在美国主要以TOC指标来检测水体中的有机物含量(联邦工业标准D-2579)，日 本也把TOC指标列入日本工业标准(JIS，K0102)，我国也将它作为水质检测的指标之一，列 入国标。“污水排放标准中GB 8978-1996”和“生活饮用水卫生标准GB 5749-2006”。国外水质TOC在线分析仪一般价钱非常昂贵，在国内普及也有一定的困难；另一 方面，从自主知识产权角度出发，在未来的几年里，我国应逐步制定自己的TOC标准分析方 法及相应的技术规范和协议。我们的研究将会给今后的评价方法和技术协议提供坚实的理 论基础和实验基�。约疤峁┑统杀镜脑谙呒觳庖瞧骱鸵瞧魃杓评砺�。目前TOC的测定方法主要采用燃烧氧化法和湿式氧化法，即先把水中的有机物氧 化为C02，再测量C02气体总量。燃烧氧化方法分为900-950°C催化燃烧氧化法和680°C催 化氧化法；湿式氧化法可分为过硫酸盐催化氧化法和紫外催化氧化法；C02的测定采用非 色散红外法和电导法。在测量仪器的研制方面，国内外已研制生产有包括实现连续在线监测的各种类型 的TOC分析仪。按工作原理不同，可分为燃烧氧化-NDIR法；加热-过硫酸盐氧化-NDIR法； UV光催化-过硫酸盐氧化-NDIR法、离子选择电极(ISE)法、电导法、气相色谱法等。其中， 燃烧氧化-NDIR法只需一次性转化，流程简单，为国内外广泛采用。国内常见的 TOC 测定仪，如 T0C-1OB、T0C-500、T0C-5000、TOC-V 系列、T0C-4100 是日本岛津不同时期的产品；1270-M、1555B、6800、6810是美国IONICS公司不同时期的产 品。比较国外几种TOC分析仪的性能特点可知，日本早期的TOC测定仪水平低于美国，经过 不断努力和创新，其水平与美国的同类产品相当，各有特点。例如，岛津制作所的TOC-VCPH 有稀释功能，美国Star Inst ruments Inc的100型TOC测定仪有臭氧法、超纯紫外法、 紫外+过硫酸盐法、90(TC +钼催化高温氧化法四种氧化方法可选择。Thermo Electron Corporation (NYSE TM0)在荷兰的代夫特工厂于2003年10月推出的台式高性能TOC分 析仪HiPer TOC也具有4种不同的氧化技术高温氧化，UV-过硫酸盐，超纯UV，UV-臭氧。 HiPer TOC的一体化55位三维自动进样器提高了分析效率，两个NDIR在一次分析里得 到高、低不同浓度的TOC结果。国外最新研制的TOC测定仪仍有低档机，如岛津制作所的 T0C-VE、美国IONICS公司的1555B。1555B只用一个模拟温控器控制900°C的TC氧化炉温 度，IC反应炉只靠TC氧化炉的90(TC炉温传热，结构更简单，它们都采用微量注射器手动进样。而上述产品均为进口产品，虽然其检测方法成熟，检测精度高，但是存在结构复 杂、价格高等问题，在国产化方面存在专利壁垒，并且，从测量原理角度看均不适合做成在 线检测仪器。在我国环境保护方面，存在的一些实际问题是部分污染企业不能自觉遵守环 境保护法规，在排放污水时，采用夜间偷排，人为稀释、没人检查时排放，贿赂检查人员等办 法来排放污水，逃避责任。所以在我国人工取样式TOC分析仪在使用时存在一些局限性，实 际需要一批结构简单、成本较低、适用于在线检测的TOC分析仪来实时监控其污水排放情 况。就像电表和水表一样的来用。这个需求量非常巨大，为此研制新的检测方法和检测仪 器是非常必要的。我们在研究新的检测方法以替代传统方法的过程中，发现含有C = C或C = 0不饱 和键的有机物有吸收特定光谱的特性，在紫外光谱中，几乎所有的有机物都有吸收，而且大 量实验表明UV254值与水质TOC之间有较好的线性相关性。基于这样的原理出现了当前被 广泛采用的光谱法检测水质污染程度。所谓光谱法是利用水样紫外可见光吸收光谱与TOC 之间的相关性，通过水样的吸收光谱计算TOC值的方法。这是一种纯物理方法，避免了化学 消解过程，不需要添加试剂、缩短了检测周期、避免了二次污染的问题，在一定程度上简化 了检测结构、降低了故障率及维护费用，是替代传统方法的一个很好的技术手段。因此，利 用紫外可见光光谱分析技术实现水质TOC参数的便携(在线)快速检测将成为目前国际上 最常用的检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线式单(多)光谱TOC检测方法和仪器，能够在较大 光谱范围内进行TOC检测，提高TOC检测的准确度。为实现上述目的，本发明提供了 一种TOC检测装置，包括紫外线可透射的样品池，用于盛放待测污水样品；紫外线光源，设置在所述样品池的上方，用于向所述样品池发射紫外线光束；分光器，设置在样品池的下方，用于将透射通过样品池的紫外线光束进行分光处 理；紫外线光强检测器，用于检测分光处理后的紫外线光束的各波长光束的光强；数据处理器，用于根据紫外线光强检测器输出的紫外线光束的各波长的光强计算 总有机碳的量。由上述技术方案可知，本发明采用多波长的紫外线测量方法，使得测量结果能在 较大的应用范围内准确反映TOC值，减小了测量误差。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例1的总有机碳检测装置结构示意图；图2为本发明实施例1的总有机碳检测装置中分光器的结构示意图；图3为本 发明实施例2的总有机碳检测装置结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例的设备同时实现了 TOC的检测功能，在详细介绍本发明实施例的检 测设备之前，先介绍一下本发明实施例采用总有机碳量的检测方法及检测原理。下面详细介绍一下本发明实施例采用的总有机碳量的检测方法。本发明的实施例是利用污水中含有的有机物对紫外线光的吸收的原理进行TOC 检测的，污水中含有的有机物对紫外线光的吸收符合朗伯-比尔定律，也就是污水中含有 机物的浓度与它的吸光度成正比。不同的有机物对不同的波长的紫外光线的吸收度是不同 的，根据有机物对不同波长的紫外线的吸光度，可以选取各有机物的吸光度较大的几个紫 外线波段作为检测波段，由于每个选定波段处的有机物的吸光度与有机物的浓度都符合朗 伯_比尔定律，所以在某一个选定波段内进行紫外扫描，则对扫描波段内吸光度进行的数 值积分后得到的数值与在该波段内产生吸收的有机物的总浓度同样符合朗伯_比尔定律。 根据污水在某个选定波段内对紫外光产生的吸光度的积分值，计算出TOC值。水体中的常见有机物污染物成份复杂，包含以下种类，如石油烃类、多环芳烃、硝 基苯、苯胺类、酚类、苯系物、挥发酚等，这些物质一般在紫外波段均有吸收，吸收范围位于 240-450，例如，表一中示出了几种有机物的对应的吸收谱及吸收系数。表一
权利要求
1.一种污水中的总有机碳检测装置，其特征在于，包括 紫外线可透射的样品池，用于盛放待测污水样品；紫外线光源，设置在所述样品池的上方，用于向所述样品池发射紫外线光束； 分光器，设置在样品池的下方，用于将透射通过样品池的紫外线光束进行分光处理； 紫外线光强检测器，用于检测分光处理后的紫外线光束的各波长光束的光强； 数据处理器，用于根据紫外线光强检测器输出的紫外线光束的各波长的光强计算总有 机碳的量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分光器包括反射式闪耀光栅，用于将所述紫外线光束按照波长在空间中分开，生成一系列按波长 排列紫外线光束。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分光器还包括 入射狭缝，用于将透射通过样品池的紫外线光束转换成狭长的紫外线光束；离轴抛物镜，用于将所述狭长的紫外线反射到反射式闪耀光栅上，并将反射式闪耀光 栅反射回的紫外线光束反射至一反射镜；所述反射镜，用于将所述反射式闪耀光栅反射回的紫外线光束反射至所述紫外线光强 检测器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紫外线光强检测器为线阵CCD。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紫外线光源为发射200-400nm紫外线 光束的紫外线光源。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括 承载实时流动的待测污水的流水槽；储水罐，与所述流水槽和所述紫外线可透射的样品池连接，用于盛放连续采样的待测 污水。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括一泵，所述流水槽和储水罐通过各 自的出口支路管道与所述泵的入口管道连接，所述流水槽、储水罐和紫外线可透射的样品 池通过各自的入口支路管道与所述泵的出口管道连接；在所述流水槽和储水罐的出口支路 管道上设置有阀门，在所述流水槽、储水罐和紫外线可透射的样品池的入口支路管道也设置有阀门。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括一清洗水罐，用于盛放清洗整个装 置的清洗液，该清洗水罐通过出口支路管道与所述泵的入口管道连接，在所述清洗水罐的 出口支路管道上设置有电磁阀门。
全文摘要
本发明提供了一种污水的总有机碳(TOC)检测装置。它主要包括，紫外线可透射的样品池，紫外线分光器，有机碳的数据处理器。其特征在于紫外线可以发射240-450nm紫外线光束，用氖灯作为紫外光源。分光器为紫外反射式闪耀光栅，选用线阵紫外CCD来测各波长光束的光强。根据特征波长处吸光度与TOC含量之间关系，确定出TOC值。由上面所叙述的方案可知，本发明其成本低，稳定性好，完全实现自动化，能高精准的测量出TOC值，从而较全面的反应水中有机物的污染程度。因此，这对污水排放和地表水污染情况监测和测量有着重要的帮助和现实意义。
文档编号G01N21/33GK102042963SQ201010506458
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者夏腾, 宁成达, 张喜和, 张宇, 蔡红星, 谭勇, 郭沫然, 高健赫 申请人:长春理工大学
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