摘要：本文介紹了一種二氧化硅濃度自動分析儀的設(shè)計方法，該自動分析系統(tǒng)以80C196KC單片機(jī)為核心，能對使用水自動采樣、自動分析，并能顯示、打印分析結(jié)果，同時兼具樣水溫度、化學(xué)試劑量、光源電池電壓和二氧化硅濃度超限報警功能。

　　關(guān)鍵詞：二氧化硅,濃度,分析

　　0 引言

　　在石油、化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，有時需要對使用水的二氧化硅含量進(jìn)行控制，使其濃度不超過控制指標(biāo)，于是就需要對二氧化硅的濃度進(jìn)行測量分析。本文介紹了一種二氧化硅濃度自動分析儀的設(shè)計方法，該自動分析系統(tǒng)以單片機(jī)80C196KC為核心，能對使用水自動采樣、自動分析、自動清洗，并能顯示、打印分析結(jié)果，同時兼具樣水溫度、化學(xué)試劑量、光源電池電壓和濃度超限報警功能。系統(tǒng)采用吸收測量的方法，這種分析方法是間接的。首先使待分析的樣水與一系列化學(xué)試劑反應(yīng)，生成穩(wěn)定的藍(lán)色溶液，藍(lán)色溶液的深淺與二氧化硅的濃度相關(guān);然后將單色光穿過溶液，二氧化硅的濃度不同，藍(lán)色溶液的深淺則不同，對單色光的吸收能力不同，于是透射光的光強(qiáng)是不同的;最后用光電池測量透射光的光強(qiáng)。由于透射光的光強(qiáng)與二氧化硅的濃度相關(guān)，進(jìn)而間接反映出二氧化硅的濃度。

　　1 分析原理

　　將樣水與成色液、掩色液和還原劑進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，最后生成的是穩(wěn)定的藍(lán)色溶液——異聚鉬藍(lán)復(fù)酸鹽。成色液(試劑A)為鉬酸氨——硫酸溶液，與水中的二氧化硅反應(yīng)，生成硅鉬酸。掩色液(試劑B)為酒石酸，防止樣水中的磷酸根離子參與反應(yīng)。還原劑(試劑C)為1氨基——2苯酚——4磺酸亞硫酸氫鈉溶液，與硅鉬酸反應(yīng)生成藍(lán)色的異聚鉬藍(lán)復(fù)酸鹽。

　　將單色紅光穿過反應(yīng)后的藍(lán)色溶液，投射到光電池上，光電池輸出一個相應(yīng)的電流信號，它與入射光的光強(qiáng)成正比，即由輸出電流可以計算出入射光強(qiáng)，進(jìn)而確定二氧化硅的濃度。計算方法

　　C=A log( B )

　　其中：C為測得的濃度，單位為ppb;A為吸收系數(shù)，由已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色玻璃的透射光強(qiáng)計算出;B為未知濃度的藍(lán)色溶液的透射光強(qiáng)。

　　2 分析系統(tǒng)硬件組成

　　自動分析系統(tǒng)以80C196KC單片機(jī)為核心，配以運算放大器、溫度傳感器、錫光電池、液位傳感器、驅(qū)動電路等組成。系統(tǒng)有兩種輸入信號：一種是模擬信號，有兩路，它們是光電池輸出的電流信號和溫度傳感器輸出的電阻信號，經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換電路變成直流電壓信號分別送入單片機(jī)進(jìn)行A/D變換;另一種是開關(guān)信號，有溢流槽樣水液位，試劑A、B、C的液位。系統(tǒng)輸出有：顯示、打印樣水二氧化硅的濃度;進(jìn)水閥和排水閥、加熱器和電磁過濾器、試劑泵、攪拌馬達(dá)、分析光源、標(biāo)定用藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)濃度玻璃的開關(guān)控制;還有電池電壓、溢流槽液位、試劑液位、樣水溫度和二氧化硅濃度超限報警信號。

　　分析系統(tǒng)從自動采樣、分析到清洗完畢，一個循環(huán)需要15分鐘，共分為30步運行，即15分鐘分析一個樣。

　　為了保證分析精度，系統(tǒng)采取了一系列措施：①分析池照射光源采用電池供電，保證光強(qiáng)的穩(wěn)定性。②保證最佳的反應(yīng)溫度，用加熱器控制樣水的水溫在40~44范圍內(nèi)。③取光電池的電流輸出信號，光電池的負(fù)載用50Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，保證入射光強(qiáng)與輸出電流的線性關(guān)系，且當(dāng)入射光強(qiáng)在0～1000Lx時輸出電流為0～1600μA。④分析每個樣水前，需要測量暗電流、0ppb時、及500ppb標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色玻璃時的電流、采用自校正的方法[1]，修正測量曲線。⑤為保證加入的化學(xué)試劑量準(zhǔn)確，采用三個容積式隔膜泵進(jìn)行加藥。

　　3 結(jié)束語

　　使用二氧化硅濃度自動分析儀，在0～50℃的環(huán)境溫度下，對含有不同濃度二氧化硅的樣水進(jìn)行測量分析。分析結(jié)果表明：在0～50℃的環(huán)境溫度下，在0~500ppb濃度范圍內(nèi)，系統(tǒng)測量的相對誤差小于1.5%。