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在线水质分析仪器发展历程(二)
发布时间:2022-06-28 浏览 75次

前面谈了市场和应用,让我们回到在线水质分析仪器,扒一扒这种技术自身的发展与面临的挑战:根据前文ISO标准的定义,有两种形式的在线水质分析仪器:在线分析传感器和比较复杂的自动化分析设备或者装置。

先来说说在线水质分析传感器:国家标准GB/T7665《传感器通用术语》对传感器的定义是:“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。在线水质分析传感器通常结构比较简单,通过直接和被测水样接触获得水质指标的数据。在线分析传感器,最初可以测量的水质指标,主要是一些简单的物理指标和成分指标,如电导率、PhORP、溶解氧等;接着是浊度、悬浮物浓度等光学原理的传感器;后来,出现了UV254等替代性指标的传感器;最近几年,随着仪器计算能力的提高、新材料的应用,离子选择电极法(测量污水中的氨氮、硝氮等重要工艺指标)、紫外荧光(测量水中油等)以及全光谱扫描原理(传感器一次可间接测量CODBODTOC等多种有机物指标、浊度、硝氮、亚硝氮等多种水质指标)的传感器开始大量应用。

在线水质分析传感器在实际使用中主要面临两个方面的挑战:传感器直接同水样接触,缺少了实验室人工分析时样品预处理及去除样品中干扰物质的过程,水质不同的水(含油、硫化物、重金属、悬浮物、高盐度、腐蚀性气体等各种杂质),对传感器材质和结构的要求也是千差万别的,在仪器设计制造时必须充分考虑这些因素,才能保证获取准确的测量数据和保证仪器长时间的正常工作,所有这些,都会增加仪器的成本。

其次,由于传感器长时间同各种水质情况的水接触,仪器需要一定的维护量,特别是应用于各种工业废水等水质条件恶劣的样品时,仪器需要的维护量和维护费用会比较高。

个人看法:随着新的分析原理、方法的出现和应用,以及各种新材料的采用(几年前荧光化学法在溶解氧分析仪的应用就是非常好的一个例子),传感器对复杂水质的适应性会得到提高;同时,物联网技术的应用,可以对传感器自身寿命及运行状态进行远程实时监测、管理以提高维护效率、降低维护成本。

还有,根据所检测水样的不同水质情况,进行差异化设计、制造也是一个有效的办法;比如:饮用水和海水、工业废水,即使是测量同一个水质指标,也选用不同材质、结构和制造工艺来生产传感器,以满足不同水质条件的要求。

更重要的是,和所有电子产品一样,传感器的成本必然会随着物联网时代大规模的应用出现超出想象力的下降。这时,免维护的一次性在线水质传感器将不再只是梦想。

接下来看看比较复杂的水质自动化分析设备或者装置:许多水质指标数据的获得,都需要有一整套的装置来自动实现原来实验室人工分析的流程,比如:过滤、加热、加显色剂、混合、测量等等;另外,为了保证长时间连续运行的准确度,还需要定时对仪器进行校准(当然,也是自动的),以及定期的人工维护。当下,在中国,可能在线COD分析仪是这种仪器中名气最大的一款。

这一类在线水质分析仪器结构复杂,多用于成分指标(TOCSiO2、总磷、总氮、重金属等)和评估性综合指标(COD、碱度、硬度、生物毒性等)。这类仪器的发展也非常迅速,最近,市场出现了三维荧光原理的仪器,可以间接测量水中油、BODCDOM等等一系列的水质指标;流式细胞原理的在线水质分析仪也开始被用于连续监测饮用水中的细菌总数以及水源地、海水中的藻类分类及计数;还有包括X射线荧光、激光诱导击穿光谱(LIBS)等新原理的仪器,也开始在水中重金属的在线监测方面崭露头角。

一般来说,这类仪器的成本和价格要高于在线分析传感器(还记得以前做销售,向客户推荐在线COD分析仪时,客户说的话:买你这么小一台仪器,我一辆“帕萨特”就没有了)

发展到今天,先进的在线水质分析仪器早已是“硬件+材料+软件+算法”四位一体的强大组合了。


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