基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法及传感器技术

本发明专利技术公开了基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法及传感器，包括获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度及其对应的TN转换系数；基于不同种类有机氮的测量浓度和其对应的TN转换系数，计算待测水体中全部种类有机氮含量；获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度及其对应的电位选择系数；基于不同种类无机氮的测量浓度和其对应的电位选择系数，计算待测水体中全部种类无机氮含量；根据待测水体中的有机氮含量和待测水体中的无机氮含量，确定待测水体中的总氮含量。通过采用阵列光谱和离子选择法分别针对待测水体中的有机氮含量和无机氮含量进行检测，从而实现对待测水体中总氮的直接连续在线检测，提高了检测效率。提高了检测效率。提高了检测效率。

【技术实现步骤摘要】
基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法及传感器


[0001]本专利技术涉及水体总氮含量检测
，尤其涉及基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法及传感器。

技术介绍

[0002]总氮（TN），是指水体中的氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、有机氮等化合物中氮的总和。包括NO3‑
、NO2‑
和NH
4+
等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
[0003]污水中的总氮主要来自生活污水、工业废水和农业及园林绿化化肥施用后的排出水。氮是生物生长不可或缺的营养元素，但水体含有过量的氮，就会造成水体的富营养化。近年来见诸报端的赤潮和水华现象，就是海洋与湖泊中氮等营养物质含量过高造成的水体富营养化。
[0004]氮是水污染治理中的重要控制指标。现有的总氮检测是通过分析仪器进行的，属于化学方法，其采集一次水样后需要数小时才能检测出结果，因此只能对某个时间点的总氮进行检测而无法实现对水质总氮实现直接连续在线检测。
[0005]水质国家对环境要求的加大，传统的水质分析仪器无法满足水质总氮的连续检测，现有总氮检测单组数据分析时间长，间断不联系，无法解决检测的偶发性和随机性。目前全球的总氮检测的设备中，都无法实现对总氮的直接连续检测。
[0006]综上所述，传统的水中总氮检测存在无法直接连续在线检测，且检测分析效率低下的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法及传感器，旨在解决传统的水中总氮检测存在无法直接连续在线检测，且检测分析效率低下的问题。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为采用一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，包括获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度及其对应的TN转换系数；基于所述不同种类有机氮的测量浓度和其对应的TN转换系数，计算待测水体中全部种类有机氮含量；获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度及其对应的电位选择系数；基于所述不同种类无机氮的测量浓度和其对应的电位选择系数，计算待测水体中全部种类无机氮含量；根据所述待测水体中的有机氮含量和所述待测水体中的无机氮含量，确定待测水体中的总氮含量。
[0009]所述获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度的方法，包括：
标定不同种类有机氮在不同波长的红外光下的摩尔吸光系数；构建不同波长的红外光透射全部种类有机物时的总吸光度的标准计算方程；通过阵列光谱投射待测水体时获取到的各个波长红外光的入射光强和出射光强，计算各个波长红外光的实际总吸光度；基于所述总吸光度的标准计算方程和所述各个波长红外光的实际总吸光度，得到不同种类有机氮的测量浓度。
[0010]可选的，测定不同种类无机氮的电位选择系数的方法，包括：基于离子选择性电极和参比电极，生成离子选择性电极电池；获取第一标准液和第二标准液；通过在半对数曲线纸上测绘所述第一标准液和所述第二标准液的电势读数，确定离子选择性电极的响应曲线；基于所述响应曲线，采用图解法获取电位选择系数。
[0011]可选的，所述获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度的方法，包括：确定离子选择性电极电池投入待测水体时，离子选择性电极不同的敏感膜选择性响应其对应的特定离子，所述不同种类无机氮包含所述特定离子；获取所述特定离子的电极采集信号，并基于所述特定离子的电极采集信号计算所述特定离子的电动势；基于所述特定离子的电动势计算所述特定离子处于所述待测水体中的测量浓度；获取所述不同种类无机氮包含的全部特定离子处于待测水体中的测量浓度，作为所述不同种类无机氮的测量浓度。
[0012]可选的，获取待测水体中不同种类有机氮或无机氮的测量浓度之后，还包括：基于本底样本标定法，构建校准方程；利用所述校准方程校准所述不同种类有机氮或无机氮的测量浓度；构建温度修正方程；基于所述温度修正方程修正校准后的所述不同种类有机氮或无机氮的测量浓度。
[0013]可选的，基于本底样本标定法预构建校准方程的方法，包括：将待测水体划分为第一样本和第二样本；通过所述阵列光谱或离子选择性电极测得所述第一样本的不同种类有机氮或无机氮的待标定物质浓度；通过本底样本浓缩装置将所述第二样本的水分去除后测得不同种类有机氮或无机氮的物质浓度样本；构建校准方程，其中，为回归系数，为截距，为校准后的测量值，为测量值，其中，基于所述待标定物质浓度和所述物质浓度样本求得所述回归系数和所述截距。
[0014]可选的，所述温度修正方程具体为：，且
，其中，为补偿的TN值，为补偿后的TN值，为当前测试液体温度，为水的膨胀系数。
[0015]可选的，所述阵列光谱被配置为至少包括：用于有机氮检测的四组固定组合的检测光路，具体的，第一组检测光路至少包括：2.8μm、2.94μm、3.05μm；第二组检测光路至少包括：5.56μm、6.06μm、6.12μm、6.25μm、6.37μm、6.54μm、6.67μm；第三组检测光路至少包括：8.50μm、8.80μm、9.20μm；第四组检测光路至少包括：12.58μm、13.7μm；还包括：用于消除待测水体的浊度和其他物质光源干扰的365nm及550nm两路差分光源，具体的，采用365nm差分光源来消除第一组、第二组、第三组检测光路的浊度影响；采用550nm差分光源来消除第四组检测光路的浊度影响。
[0016]相应地，本专利技术提供，一种传感器，应用于上述任意一项所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，包括：阵列光谱，由光源和光检测器构成，用于获取阵列光谱包含的各个波长红外光的入射光强与出射光强；离子选择性电极电池，由离子选择性电极和参比电极构成，用于获取所述特定离子的电极采集信号；有机氮检测单元，用于获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度及其对应的TN转换系数；并基于所述不同种类有机氮的测量浓度和其对应的TN转换系数，计算待测水体中全部种类有机氮含量；无机氮检测单元，用于获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度及其对应的电位选择系数；并基于所述不同种类无机氮的测量浓度和其对应的电位选择系数，计算待测水体中全部种类无机氮含量；总氮检测单元，用于根据所述待测水体中的有机氮含量和所述待测水体中的无机氮含量，确定待测水体中的总氮含量。
[0017]可选的，所述阵列光谱被配置为至少包括：用于有机氮检测的四组固定组合的检测光路，具体的，第一组检测光路至少包括：2.8μm、2.94μm、3.05μm；第二组检测光路至少包括：5.56μm、6.06μm、6.12μm、6.25μm、6.37μm、6.54μm、6.67μm；第三组检测光路至少包括：8.50μm、8.80μm、9.20μm；第四组检测光路至少包括：12.58μm、13.7μm；还包括：用于消除待测水体的浊度和其他物质光源干扰的365nm及550nm两路差分光源，具体的，采用365nm差分光源来消除第一组、第二组、第三组检测光路的浊度影响；采用550本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，包括：获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度及其对应的TN转换系数；基于所述不同种类有机氮的测量浓度和其对应的TN转换系数，计算待测水体中全部种类有机氮含量；获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度及其对应的电位选择系数；基于所述不同种类无机氮的测量浓度和其对应的电位选择系数，计算待测水体中全部种类无机氮含量；根据所述待测水体中的有机氮含量和所述待测水体中的无机氮含量，确定待测水体中的总氮含量。2.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，所述获取待测水体中不同种类有机氮的测量浓度的方法，包括：标定不同种类有机氮在不同波长的红外光下的摩尔吸光系数；构建不同波长的红外光透射全部种类有机物时的总吸光度的标准计算方程；通过阵列光谱投射待测水体时获取到的各个波长红外光的入射光强和出射光强，计算各个波长红外光的实际总吸光度；基于所述总吸光度的标准计算方程和所述各个波长红外光的实际总吸光度，得到不同种类有机氮的测量浓度。3.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，测定不同种类无机氮的电位选择系数的方法，包括：基于离子选择性电极和参比电极，生成离子选择性电极电池；获取第一标准液和第二标准液；通过在半对数曲线纸上测绘所述第一标准液和所述第二标准液的电势读数，确定离子选择性电极的响应曲线；基于所述响应曲线，采用图解法获取电位选择系数。4.根据权利要求3所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，所述获取待测水体中不同种类无机氮的测量浓度的方法，包括：确定离子选择性电极电池投入待测水体时，离子选择性电极不同的敏感膜选择性响应其对应的特定离子，所述不同种类无机氮包含所述特定离子；获取所述特定离子的电极采集信号，并基于所述特定离子的电极采集信号计算所述特定离子的电动势；基于所述特定离子的电动势计算所述特定离子处于所述待测水体中的测量浓度；获取所述不同种类无机氮包含的全部特定离子处于待测水体中的测量浓度，作为所述不同种类无机氮的测量浓度。5.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，获取待测水体中不同种类有机氮或无机氮的测量浓度之后，还包括：基于本底样本标定法，构建校准方程；利用所述校准方程校准所述不同种类有机氮或无机氮的测量浓度；构建温度修正方程；基于所述温度修正方程修正校准后的所述不同种类有机氮或无机氮的测量浓度。
6.根据权利要求5所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总氮检测方法，其特征在于，基于本底样本标定法预构建校准方程的方法，包括：将待测水体划分为第一样本和第二样本；通过所述阵列光谱或离子选择性电极测得所述第一样本的不同种类有机氮或无机氮的待标定物质浓度；通过本底样本浓缩装置将所述第二样本的水分去除后测得不同种类有机氮或无机氮的物质浓度样本；...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐勇，张晓超，姜兰，刘学辉，丁帅，
申请(专利权)人：成都博瑞科传科技有限公司，
类型：发明
国别省市：