[发明专利]海水中总有机碳自动在线监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋监测仪器，具体涉及一种海水中总有机碳自动在线监测仪。

背景技术

总有机碳(简称TOC)是表征水体中有机物质总量的综合指标，它代表了水体中有机物质的总和。TOC不仅能够反应水体受有机物质污染的程度，作为一种生源要素，还能够反应水体中生命活动的情况，而且，TOC对于研究碳的全球循环具有重要的作用。目前，TOC测定已经广泛应用到了江河、湖泊以及海洋监测等方面，逐步成为了水质监测的常规参数。

水体中TOC的测定通常由三个步骤组成：(1)样品的预处理，包括采样、过滤、酸化和除去无机碳；(2)水样中TOC的氧化，产物为易于检测的CO₂，这是方法的核心；(3)氧化产物的检测，TOC氧化产生的CO₂检测方法较多，有非色散红外吸收法(NDIR)、电导法、氢火焰离子化法等，其中非色散红外吸收法应用最普遍。

根据氧化原理不同，通常将TOC测定方法分为三类：

过硫酸钾氧化法：这是比较经典的方法，又称为湿化学氧化法，原理为：除去水样中的无机碳，用过硫酸钾做氧化剂，在密封的玻璃安瓿瓶中加热(温度为100℃左右)，将TOC氧化，分析所产生的CO₂来计算样品的TOC浓度。该方法设备简单，容易实施，但操作繁琐，精密度不是很高，不易实现自动连续测定。

紫外-过硫酸钾氧化法：在氧化剂过硫酸钾存在下，用高强度紫外光照射水样，使其中的有机物分解生成无机碳，根据所产生的CO₂或者CH₄分析有机碳含量，该法的最大优点是易于自动分析。

高温燃烧法：除去无机碳的海水样品，注入装有催化剂的石英燃烧管中，在高温下将有机物定量氧化成CO₂，CO₂浓度与水样中的有机碳成正比。该法对有机物氧化完全，但缺点是测定海水时需要的耗材过多，价格较昂贵。

目前市场上已经有利用这些原理制作的仪器，主要存在以下问题：(1)国产仪器精密度低，检出限高，只能用于工业污水等淡水体系中高浓度TOC的测定，不能满足海水中低浓度TOC的分析；(2)国外进口仪器价格昂贵，关键部位氧化管需要经常更换，不但造成测定成本过高，不适合我国国情，而且增加了仪器的维护难度，影响了数据的延续性；(3)目前市售仪器均没有很好的实现TOC的自动在线监测，尤其是不能实现船载实时测定，不能满足海洋调查的全方位、立体化监测需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海水中总有机碳自动在线监测仪，利用自动控制实现进样、测定和数据处理的自动化，可实现TOC的自动在线测定。

本发明包括无机碳去除单元、进样单元、氧化单元、冷却单元、气液分离单元和二氧化碳检测单元。其中：

(1)所述无机碳去除单元有两个入口，分别与待测样品源和酸化试剂磷酸相连。电磁阀的开闭控制磷酸的加入，气体压力提供动力，载气从下往上吹除酸化后样品中的无机碳。单元内有4个铂金电极，分别控制进样和出水水位。

(2)所述进样单元，位于进样口端和无机碳去除单元之间，进纯水口端和纯水瓶之间分别连接有蠕动泵，六通阀，另外两个端口连接定量圈，六通阀在两个状态间切换，一个状态进纯水，另一个状态进样品，这样能保证管路中一直充满液体，同时实现自动进样。样品先在一个三通中与氧化剂(过硫酸钾和硼酸钠的混合溶液)混合，然后在下一个三通与载气混合。在此，过硫酸钾用于氧化样品中有机物，硼酸钠作为缓冲剂，保证氧化反应的pH值维持在8.5左右。载气为用碱石灰去除了二氧化碳的空气，用于分隔样品，避免前后样品相混。样品在与氧化剂和载气混合后，进入混合圈进行充分的混合，然后进入氧化单元。

(3)所述氧化单元的核心部件是石英螺旋管和紫外灯，石英螺旋管用高纯石英管绕成螺旋状，将500W紫外灯包围在中心，整个装置放置在一个恒温、常压、防紫外光透过的容器中。温度通过传感器和直流风机控制在80～100℃之间。

(4)所述气液分离单元由气液混合件和分离件组成，样品在混合件里与载气混合，然后进入分离件，在分离件中，气液在平铺板上由于折流作用分离，载气载带着分离出的二氧化碳上行，液体顺着平铺板及引流柱下行，由排废口流出，三层半径不一的平铺板保证了气液分离的高效率，从而达到气液分离的目的。