在線氨氮硝氮儀的工作原理介紹

在線氨氮硝氮儀的工作原理基于特定的化學顯色反應或物理特性（如光譜、電極響應），結合自動化進樣、反應控制和信號檢測技術，實現對水體中氨氮（NH?-N）和硝氮（NO??-N）濃度的連續、實時監測。兩種指標的檢測原理不同，以下分別介紹：

一、在線氨氮儀的工作原理

氨氮的檢測核心是通過化學反應將水體中的氨（NH?）或銨離子（NH??）轉化為可定量的產物（如有色絡合物），再通過比色法或電極法測定濃度。主流方法有兩種：

1. 納氏試劑比色法（應用廣泛）

反應原理：水體中的氨氮（NH??在堿性條件下轉化為 NH?）與納氏試劑（K?HgI?的強堿溶液）反應，生成黃棕色的碘化氨基汞絡合物（[Hg?ONH?] I），其顏色深淺與氨氮濃度成正比（濃度越高，顏色越深）。反應式可簡化為：\(\text_3 + 2\text_2\text_4 + 3\text \rightarrow [\text_2\text_2]\text \downarrow + 7\text + 2\text_2\text\)

在線檢測流程：

• 自動進樣：儀器通過蠕動泵或注射泵抽取水樣，同時過濾去除懸浮顆粒物（避免干擾）；

• 預處理：加入強堿（如 NaOH）調節水樣 pH 至 11 以上，使 NH??轉化為 NH?；

• 顯色反應：定量加入納氏試劑，在恒溫反應池（通常 20-30℃）中反應 5-10 分鐘，形成穩定的黃棕色溶液；

• 比色檢測：通過分光光度計在 420nm 波長處測定溶液的吸光度（A），與校準曲線（已知濃度的標準溶液的吸光度）對比，計算氨氮濃度；

• 自動清洗：反應結束后，系統用純水清洗管路和反應池，避免殘留試劑干擾下一次檢測。

2. 水楊酸 - 次氯酸鹽比色法（更環保，替代納氏試劑法）

反應原理：在堿性條件下，氨氮與水楊酸、次氯酸鹽（NaClO）反應，經催化劑作用生成藍綠色的靛酚藍絡合物，顏色深淺與氨氮濃度成正比，在 697nm 波長處比色定量。

• 優勢：避免納氏試劑中汞的毒性，更環保，抗干擾能力強（如可耐受一定濃度的金屬離子）。

在線檢測流程：與納氏法類似，差異在于加入的試劑為水楊酸、次氯酸鹽和催化劑，反應時間略長（10-15 分鐘），檢測波長為 697nm。

3. 氨離子選擇電極法（快速，適用于高濃度場景）

原理：電極頭部的敏感膜（含中性載體）對 NH??有特異性響應，當水樣中的 NH??與膜上載體結合時，電極與參比電極間產生電勢差，電勢與 NH??濃度的對數成正比（符合能斯特方程），通過測定電勢差計算氨氮濃度。

• 優勢：無需顯色反應，檢測速度快（1-3 分鐘），適合高濃度氨氮（如工業廢水）；

• 局限：易受 pH、其他離子（如 K?）干擾，需定期校準。

二、在線硝氮儀的工作原理

硝氮（NO??-N）的檢測基于硝酸鹽的物理特性（如紫外吸收）或化學還原反應（轉化為亞硝酸鹽后檢測），主流方法有：

1. 紫外分光光度法（快速無試劑）

原理：硝酸根離子（NO??）在 220nm 波長處有強烈的特征紫外吸收，而水中有機物在 220nm 和 275nm 均有吸收，可通過公式校正：\(A_} = A_ - 2 \times A_\)（校正后吸光度與 NO??濃度成正比）。

在線檢測流程：

• 自動進樣：水樣經過濾后進入檢測池；

• 直接檢測：紫外光源分別在 220nm 和 275nm 處測定吸光度，通過上述公式校正有機物干擾；

• 定量計算：根據校正吸光度與標準曲線對比，得到硝氮濃度；

• 優勢：無需化學試劑，檢測快（1-2 分鐘），維護簡單；

• 局限：若水樣中含有強紫外吸收的無機物（如 Cl?、SO?2?），可能干擾結果。

2. 硝酸鹽離子選擇電極法

原理：電極敏感膜對 NO??有特異性響應，通過測定電極與參比電極間的電勢差，結合能斯特方程計算 NO??濃度。

• 優勢：快速、無需試劑；

• 局限：易受 Cl?干擾（Cl?與 NO??競爭結合位點），適合低 Cl?水樣。

三、在線氨氮硝氮儀的通用系統結構

無論采用哪種檢測原理，在線儀器的核心組成一致，確保自動化連續運行：

1. 采樣與預處理單元：自動抽取水樣，通過過濾器（如 0.45μm 濾膜）去除懸浮顆粒，部分儀器含溫度 / 壓力調節模塊；

2. 反應與檢測單元：根據檢測方法加入試劑（比色法）或直接檢測（紫外 / 電極法），包含恒溫反應池、光源（可見光 / 紫外）、檢測器（光電二極管）；

3. 控制與數據單元：PLC 或微處理器控制進樣、試劑添加、反應時間等流程，通過校準曲線將吸光度 / 電勢信號轉化為濃度數據，實時顯示并上傳（如 4-20mA 信號或物聯網平臺）；

4. 清洗與維護單元：定期用純水或專用清洗劑清洗管路、反應池，避免試劑殘留或污染。

總結

在線氨氮硝氮儀通過 “化學顯色 + 比色" 或 “物理特性直接檢測" 原理，結合自動化系統實現實時監測：氨氮以納氏 / 水楊酸比色法為主，硝氮以紫外法或鎘柱還原比色法為主。不同方法各有優劣（如試劑毒性、檢測速度、抗干擾性），需根據水樣特性（如濃度、雜質）選擇，但其核心目標均為快速、準確反饋氮素濃度，支撐污水處理工藝調控。