在线氨氮硝氮仪的工作原理介绍

在线氨氮硝氮仪的工作原理基于特定的化学显色反应或物理特性（如光谱、电极响应），结合自动化进样、反应控制和信号检测技术，实现对水体中氨氮（NH₃-N）和硝氮（NO₃⁻-N）浓度的连续、实时监测。两种指标的检测原理不同，以下分别介绍：

一、在线氨氮仪的工作原理

氨氮的检测核心是通过化学反应将水体中的氨（NH₃）或铵离子（NH₄⁺）转化为可定量的产物（如有色络合物），再通过比色法或电极法测定浓度。主流方法有两种：

1. 纳氏试剂比色法（应用广泛）

反应原理：水体中的氨氮（NH₄⁺在碱性条件下转化为 NH₃）与纳氏试剂（K₂HgI₄的强碱溶液）反应，生成黄棕色的碘化氨基汞络合物（[Hg₂ONH₂] I），其颜色深浅与氨氮浓度成正比（浓度越高，颜色越深）。反应式可简化为：\(\text_3 + 2\text_2\text_4 + 3\text \rightarrow [\text_2\text_2]\text \downarrow + 7\text + 2\text_2\text\)

在线检测流程：

• 自动进样：仪器通过蠕动泵或注射泵抽取水样，同时过滤去除悬浮颗粒物（避免干扰）；

• 预处理：加入强碱（如 NaOH）调节水样 pH 至 11 以上，使 NH₄⁺转化为 NH₃；

• 显色反应：定量加入纳氏试剂，在恒温反应池（通常 20-30℃）中反应 5-10 分钟，形成稳定的黄棕色溶液；

• 比色检测：通过分光光度计在 420nm 波长处测定溶液的吸光度（A），与校准曲线（已知浓度的标准溶液的吸光度）对比，计算氨氮浓度；

• 自动清洗：反应结束后，系统用纯水清洗管路和反应池，避免残留试剂干扰下一次检测。

2. 水杨酸 - 次氯酸盐比色法（更环保，替代纳氏试剂法）

反应原理：在碱性条件下，氨氮与水杨酸、次氯酸盐（NaClO）反应，经催化剂作用生成蓝绿色的靛酚蓝络合物，颜色深浅与氨氮浓度成正比，在 697nm 波长处比色定量。

• 优势：避免纳氏试剂中汞的毒性，更环保，抗干扰能力强（如可耐受一定浓度的金属离子）。

在线检测流程：与纳氏法类似，差异在于加入的试剂为水杨酸、次氯酸盐和催化剂，反应时间略长（10-15 分钟），检测波长为 697nm。

3. 氨离子选择电极法（快速，适用于高浓度场景）

原理：电极头部的敏感膜（含中性载体）对 NH₄⁺有特异性响应，当水样中的 NH₄⁺与膜上载体结合时，电极与参比电极间产生电势差，电势与 NH₄⁺浓度的对数成正比（符合能斯特方程），通过测定电势差计算氨氮浓度。

• 优势：无需显色反应，检测速度快（1-3 分钟），适合高浓度氨氮（如工业废水）；

• 局限：易受 pH、其他离子（如 K⁺）干扰，需定期校准。

二、在线硝氮仪的工作原理

硝氮（NO₃⁻-N）的检测基于硝酸盐的物理特性（如紫外吸收）或化学还原反应（转化为亚硝酸盐后检测），主流方法有：

1. 紫外分光光度法（快速无试剂）

原理：硝酸根离子（NO₃⁻）在 220nm 波长处有强烈的特征紫外吸收，而水中有机物在 220nm 和 275nm 均有吸收，可通过公式校正：\(A_} = A_ - 2 \times A_\)（校正后吸光度与 NO₃⁻浓度成正比）。

在线检测流程：

• 自动进样：水样经过滤后进入检测池；

• 直接检测：紫外光源分别在 220nm 和 275nm 处测定吸光度，通过上述公式校正有机物干扰；

• 定量计算：根据校正吸光度与标准曲线对比，得到硝氮浓度；

• 优势：无需化学试剂，检测快（1-2 分钟），维护简单；

• 局限：若水样中含有强紫外吸收的无机物（如 Cl⁻、SO₄²⁻），可能干扰结果。

2. 硝酸盐离子选择电极法

原理：电极敏感膜对 NO₃⁻有特异性响应，通过测定电极与参比电极间的电势差，结合能斯特方程计算 NO₃⁻浓度。

• 优势：快速、无需试剂；

• 局限：易受 Cl⁻干扰（Cl⁻与 NO₃⁻竞争结合位点），适合低 Cl⁻水样。

三、在线氨氮硝氮仪的通用系统结构

无论采用哪种检测原理，在线仪器的核心组成一致，确保自动化连续运行：

1. 采样与预处理单元：自动抽取水样，通过过滤器（如 0.45μm 滤膜）去除悬浮颗粒，部分仪器含温度 / 压力调节模块；

2. 反应与检测单元：根据检测方法加入试剂（比色法）或直接检测（紫外 / 电极法），包含恒温反应池、光源（可见光 / 紫外）、检测器（光电二极管）；

3. 控制与数据单元：PLC 或微处理器控制进样、试剂添加、反应时间等流程，通过校准曲线将吸光度 / 电势信号转化为浓度数据，实时显示并上传（如 4-20mA 信号或物联网平台）；

4. 清洗与维护单元：定期用纯水或专用清洗剂清洗管路、反应池，避免试剂残留或污染。

总结

在线氨氮硝氮仪通过 “化学显色 + 比色" 或 “物理特性直接检测" 原理，结合自动化系统实现实时监测：氨氮以纳氏 / 水杨酸比色法为主，硝氮以紫外法或镉柱还原比色法为主。不同方法各有优劣（如试剂毒性、检测速度、抗干扰性），需根据水样特性（如浓度、杂质）选择，但其核心目标均为快速、准确反馈氮素浓度，支撑污水处理工艺调控。