[發明專利]一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201110345310.3
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN103091262A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 祁志美;要彥清;夏善紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/78
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及水質檢測技術領域，是一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，能夠對待測水樣中的氨氮含量進行現場快速準確測定。

背景技術

水中氨氮主要以游離氨和銨鹽兩種形式存在，其主要來源為生活污水中含氮有機物受微生物作用的分解產物、某些工業廢水，如制革業廢水、焦化廢水和合成氨化肥廠廢水、農田排水、養殖水中過剩飼料和魚、蝦大量排泄物的累積及過度施肥等。此外，在無氧環境中，水中存在的亞硝酸鹽亦可受微生物作用，還原為氨。

水中氨氮的危害性大。游離氨是引起水生生物毒害的主要因素，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨水體堿性的增強而增大。氨氮毒性與水體pH值及水溫有密切關系，一般情況，溫度和pH值愈高，毒性愈強。關于游離氨的毒性作用一般認為非游離氨滲入生物體內，降低血液的載氧能力，使生物呼吸機能下降，其主要侵襲機體粘膜，其次是神經系統。除此之外，氨氮作為水體營養鹽污染物，在水體中含量較高時會導致水質惡化，生態系統失衡，引發富營養化危害。導致藻類和微生物的大量繁殖，水中的溶解氧過度消耗，復氧速率明顯小于耗氧效率，最終導致魚類大量的死亡，甚至出現湖泊的干涸滅亡。

由于氨氮的上述危害，對工業廢水、生活污水、地下水、水庫水廠江河湖泊等水體中進行氨氮含量的現場快速準確檢測十分重要。根據水中氨氮含量的即時數據以采取相應的措施，確保江河湖泊以及企業廢水排放的氨氮含量在安全指標以內。目前，水質氨氮測定的方法主要有納氏試劑比色法，水楊酸-次氯酸鹽比色法、氨氣敏電極法、中和滴定法，氣相分子吸收光譜法，氨氣回收測定法。其中前兩種方法已成為《國家環境保護標準》水質中氨氮測定的標準方法。可是，這些現有氨氮檢測方法仍然存在缺陷。例如，納氏試劑比色法、水楊酸-次氯酸鹽比色和中和滴定法使用試劑較多，操作繁瑣，水樣需預處理，測試時間長，不適合現場快速檢測等不足之處，而且前兩種比色法還需使用大型分光光度計；氨敏電極法雖然不需水樣預處理，但電極結構復雜，穩定性差，易受干擾，需要頻繁校準；氣相分子吸收光譜法需要使用價格昂貴的光譜儀，而且需要較長的光路以保證較高靈敏度，因此不易于檢測儀器的小型化和便攜式，從而使得這方種法不適合現場檢測；氨氣回收測定法利用純水吸收水樣堿化釋放的氨氣，然后添加酸堿指示劑測定純水吸收氨氣后的吸光度，這種方法也存在操作繁瑣，設備復雜等缺點。除了上述常規的檢測方法外，近年來還出現了用于水質氨氮檢測的試劑條和試劑盒，這些簡易方法雖然檢測速度快，但準確性差，不適合定量測定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，結構簡單、操作簡便、體積小、重量輕、便于攜帶、靈敏高、量程寬，可取代現有同類大型設備，實現對不同水環境的氨氮含量的現場快速準確測定。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其包括一氣液分離單元，一光學檢測單元，一信號處理芯片；其中：

氣液分離單元包括一碗狀水槽、一槽蓋、一蠕動泵、一四通閥、及連接導管；蠕動泵的一端口經第一連接導管連接水槽，另一端口經第二連接導管連接四通閥一端口；

光學檢測單元包括一碗狀氣室、至少一光源、至少一光探測器、至少一氨氣敏感元件；光源位于氣室內側壁，光探測器位于氣室另一內側壁，與光源正對；氨氣敏感元件位于光源和光探測器中間，上端固接于氣室內頂壁，在光源的光路上，使光源光垂直透過氨氣敏感元件后被光探測器接收；

水槽在下、氣室在上，水槽開口與氣室開口密封對接，中間水平固設槽蓋，槽蓋上設有多個微小通孔，使水槽和氣室內的氣體可以相互擴散；

四通閥的另三個端口一個連接氣室，一個連接導液管，一個懸空備用；導液管另一端與待測水樣或添加液容器相通連，用于把待測水樣或添加液注入、排出水槽；

光探測器輸出與外部的信號處理芯片輸入端電連接，信號處理芯片輸出端電連接于后續設備。

所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氣室由金屬、黑色塑料的不透光材料制成；水槽、槽蓋和四通閥由有機玻璃、聚四氟乙烯耐堿材料制成，其中，槽蓋使用不透光材料。

所述的小型化光學式水質氨氮檢測裝置，其所述氨氣敏感元件，包括不透光夾具、透光且遇氨氣發生顏色變化的敏感膜片，不透光夾具的兩夾臂中心各開有一個通孔，兩通孔相對，氨氣敏感膜片平整地置于兩夾臂中間凹槽內，并完全遮住兩夾臂上的通孔；

不透光夾具兩夾臂上開的通孔，分別正對光源、光探測器，使光源光經相對的通孔穿過氨氣敏感膜片后，照射在光探測器接收端。