基于电阻法液体颗粒计数器的设计与重金属铜离子检测

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目前颗粒计数器应用广泛,在油田水质监测、液压系统中的颗粒污染物测定、血细胞计数等领域发挥着重要的作用,而电阻法液体颗粒计数器作为颗粒粒径分析中分辨率最高的仪器,存在依赖进口、价格昂贵的问题,且为单通道颗粒计数器,检测效率低。因此,针对这些问题,本文采用电阻法研制了多通道液体颗粒计数器并建立了一种基于液体颗粒计数器的水中重金属铜离子的检测方法。主要研究结论如下:(1)设计了多通道液体颗粒计数器。液体颗粒计数器由废液回收装置、充液装置和控制系统等部分组成,控制系统包括颗粒脉冲信号采集与处理系统和液路控制系统,颗粒脉冲信号采集与处理系统利用NI DAQ Express采集颗粒脉冲信号,存储为TDMS文件,通过LabVIEW对颗粒脉冲信号进行处理、计数和显示,实现了颗粒计数的功能。液路控制系统通过液位检测传感器获取液位信息,利用数据采集卡控制微型进水泵、微型气泵和微型排水泵等器件的接通和断开,实现了充电解液、样品进样和排废液的功能。对系统性能进行了测试,进样体积为0.35±0.03 m L,粒径检测范围为2~9μm,颗粒计数相对误差小于10%。(2)建立了颗粒粒径识别模型。通过确定不同粒径颗粒的响应电压,建立了颗粒粒径识别模型,对颗粒粒径识别模型进行了试验评价,通过颗粒粒径识别模型确定不同粒径颗粒的阈值电压,比较了基于小波多尺度峰值检测方法、波峰检测法和边沿计数法三种颗粒脉冲信号计数方法,结果显示,颗粒粒径识别相对误差小于5%,颗粒粒径识别相对标准偏差小于3%,说明颗粒粒径识别模型能准确区分不同粒径颗粒,小波多尺度峰值检测方法为最优的颗粒脉冲信号计数方法,正确率大于95%。(3)构建了铜离子快速检测方法。根据聚苯乙烯微球通过小孔时会产生灵敏的电压脉冲信号,将聚苯乙烯微球作为检测探针,电阻法液体颗粒计数器作为检测平台,用于检测铜离子。分析了铜离子检测方法的可行性,选取最优试验条件建立了标准曲线,并对铜离子检测时间和特异性进行了试验。结果表明,当铜离子浓度增加时,聚苯乙烯微球数量会减少,铜离子检测时间约为4 min,基于电阻法液体颗粒计数器的铜离子快速检测方法具有良好的特异性,与原子吸收分光光度法相比,该方法不需要昂贵的检测设备,检测成本低,且直接通过颗粒计数软件得到铜离子浓度,无需人工查询标准曲线,操作简单。综上,本文研制的电阻法液体颗粒计数器能够准确识别不同粒径的颗粒并进行颗粒计数,且基于液体颗粒计数器的铜离子快速检测方法能对水中重金属铜离子进行检测。
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