基本信息
- 项目名称：
- 饮用水中溴离子快速检测方法与装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 为了控制饮用水消毒过程中产生的高致癌等级物质——溴酸盐的含量，我们需要检测水中溴离子浓度。 作者利用“在激波电磁场中，饮用水中不同物质种类、不同浓度离子产生的物理化学效应也不相同”的性质，自主研测激波器，将其与自制高速AD数据采集模块、FPGA智能数据处理分类模块相结合研制出饮用水中溴离子快速检测仪。该仪器与原有设备相比，其检测速度更快、使用周期更长、性价比高、体积小、易携带、操作简便。
- 详细介绍：
- 在饮用水消毒中，广泛使用臭氧净化水，但是在臭氧化过程中会生成常规水处理难以去除的高致癌等级物质——溴酸盐，而目前的溴酸盐检测还不能够完全实现快速定性定量检测。因此，研制饮用水中溴离子快速检测仪具有很大的实用价值和推广应用前景。 在本作品中，作者利用“在激波电磁场中，饮用水中不同物质种类、不同浓度的的离子产生的物理化学效应也不相同”的性质，自主研发了适用于饮用水中溴离子检测的激波器，将该激波器与高速AD数据采集模块、FPGA智能数据处理分类模块相结合研制出饮用水中溴离子快速检测仪。该快速检测仪不仅能够较好的克服原有检测仪的缺点，还能够实现溴离子的快速定性定量检测，其使用周期更长、性价比高、体积小、易携带、操作简便。目前，快速检测仪已提出实用新型专利的申请。 创新点：本作品采用自主知识产权的激波器与高速AD数据采集模块、FPGA智能数据处理分类模块相结合，研制出饮用水溴离子快速检测仪。其检测的准确率高，检测速度快，系统成本低廉。 市场分析与经济效益预测： 1）经济效益 本项目完成后，能形成一种新的检测装置，这不仅可以用于试验室作为分析仪器使用而且可用于饮用水的生产线进行实时测控，同时也可以用于改造现有的饮水检测装置，因此有很好的推广应用前景。 2）社会效益 本项目取得的成果一旦转化成生产力，将需要机械、电子、电器等生产企业提供配套零部件预计直接或者间接为社会提供约500个就业岗位。此外，本项目其目的就是解决食品卫生安全和人身健康公益问题，社会效益显著。 3）环境效益 本项目属于非化工产品的研发，不存在环境污染问题。 总之，该项目的完成对提升饮用水产品的市场竞争力和社会的持续发展、保护人身健康有着重要促进作用。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：为了检测饮用水消毒过程中产生的高致癌等级物质——溴酸盐的含量，克服原有检测方法无法完全实现快速准确检测的问题。 本作品基本思路：采用激波物理-化学效应非接触式检测技术。 本作品创新点： 1）利用“在激波电磁场中，饮用水中不同物质种类、不同浓度的的离子产生的物理化学效应也不相同”的性质，自主研制激波非接触式传感器，克服了原有设备检的慢、易钝化、不能实时在线检测的问题； 2）设计高速AD数据采集模块并利用FPGA数据智能处理技术，实现对被测信号的快速准确的采集、处理； 3）检测速度快、可靠性高、性价比高、易携带、易操作等优点。 技术关键： 1）设计工作频率高于数MHz的传感器（激波器)。 2）实现高速数据的采集与处理。 3）通过大量实验得到激波器的输出频率与溴酸盐浓度情况的关系。 4）软硬件设计。 本作品主要技术指标： 1）测量范围：0.0025 - 0.1mg/L或2.5 - 100µg/L； 2）灵敏度：0.0015mg/L或1.5µg/L； 3）单个样本一次性检出时间：3分钟以内给出检验结果； 4）检测重现性：n=RSD≤5% 5）回收率：≥80% 6）手持式饮用水中微量溴酸盐快速检测仪整机重量：0.5Kg。
科学性、先进性
- 溴酸盐检测常用的方法主要有离子色谱法和电导率法，虽然这两种方法都能准确检测出溴离子的含量，但却各有其缺点：1）离子色谱法属于非接触式测量，其在检测之前需进行制样，再将配制的样本与标准色谱进行比对，由于制样时间长，所以无法在饮用水生产场合进行实时检测；2）电导率检测法属于接触式测量，虽然可以实时检测，但其所用的电极与被测物质直接接触，电极在电场的作用下易吸附杂质起垢，长时间使用会大大降低检测灵敏度。综上所述，接触式测量较复杂，且易导致传感器积垢；而非接触式测量，不仅能达到快速实时检测的目的，而且对被测物无二次污染。 我们将自主研制的激波器、高速AD数据采集模块与FPGA数据智能处理模块相结合，研制出溴离子检测方法与装置。该装置采用非接触式测量方式，传感器不会积垢，不仅能够较好的解决以上问题而且还能够实现溴离子的快速、实时在线检测。通过对EI和IEEE等一些国际权威的数据库进行搜索，没有发现类似的文章，据查新报告显示目前还没有同类的方法和专利，因此就形成原创性自主知识产权方面有优势。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品是“2010年度国家级大学生创新性实验项目” 的研究成果
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品的技术特点： 采用自主研制的激波器与高速AD数据采集模块、FPGA数据智能处理模块相结合，研制出饮用水中溴离子快速检测方法与装置，其检测的准确率高、检测速度快、可靠性高、性价比高、易携带、操作简便。 市场分析与经济效益预测： 1）经济效益 本作品是一种新的检测装置，不仅可以用于试验室作为分析仪器使用而且用于应用水的生产线在线实时测控，同时也可以用于改造现有的饮水检测装置，因此有很好的推广应用前景。 2）社会效益 本作品研制的目的就是解决食品卫生安全和人身健康公益问题，因此有着很好的社会效益。 3）环境效益 本作品属于非化工产品的研发，不存在环境污染问题。 作品的完成对提升饮用水产品的市场竞争力和社会的持续发展、保护人身健康有着重要促进作用。
同类课题研究水平概述
- 饮用水中溴酸盐超标会危及人的身体健康导致癌变问题已引起国际社会普遍关注。有关溴酸盐的检测方法和检测仪器设备以及相应的标准、专利、学术论文等均已有不少报道。美国和欧盟早在10年以前就已推出强制性标准，而我国在近两年才推出饮用水技术标准和检测方法。 目前就检测方法而言，普遍采用离子色谱法，其次是电导率法，这些方法都有相应配套的仪器设备。虽然这两种方法都能准确检测出溴离子的含量，但却各有其缺点：1）离子色谱法属于非接触式测量，其在检测之前需进行制样，再将配制的样本与标准色谱进行比对，由于制样时间长，所以无法在饮用水生产场合进行实时检测；2）电导率检测法属于接触式测量，虽然可以实时检测，但其所用的电极与被测物质直接接触，电极在电场的作用下易吸附杂质起垢，长时间使用会大大降低检测灵敏度。综上所述，接触式测量较复杂，且易导致传感器积垢，且使用周期短，性价比不高；而非接触式测量，则能达到快速实时检测的目的。 我们经过两年多时间的大量实验和研究，从利用激波物理-化学效应非接触式检测方法的产生到理论可行性的验证，从激波器工作频率的选择到检测电路的设计，从低速数据采集到高速AD数据采集模块的设计、实验，从应用8位单片机进行数据处理到应用FPGA进行数据智能处理的不断改进，我们都付出了巨大的努力，并最终研制出饮用水中溴离子快速检测方法与装置，实现了对饮用水中溴酸盐的快速、准确的实时在线检测。本装置可靠性高、性价比高，因此不仅可以用于试验室作为分析仪器使用，也可用于饮用水生产线实时在线检测，作品本身致力于解决食品卫生安全和人身健康公益问题，因此有着很好的社会效益、经济效益和推广应用前景。
