[发明专利]一种小型化光学式水质氨氮检测装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，是一种小型化光学式水质氨氮检测装置，能够对待测水样中的氨氮含量进行现场快速准确测定。

背景技术

水中氨氮主要以游离氨和铵盐两种形式存在，其主要来源为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物、某些工业废水，如制革业废水、焦化废水和合成氨化肥厂废水、农田排水、养殖水中过剩饲料和鱼、虾大量排泄物的累积及过度施肥等。此外，在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原为氨。

水中氨氮的危害性大。游离氨是引起水生生物毒害的主要因素，其毒性比铵盐大几十倍，并随水体碱性的增强而增大。氨氮毒性与水体pH值及水温有密切关系，一般情况，温度和pH值愈高，毒性愈强。关于游离氨的毒性作用一般认为非游离氨渗入生物体内，降低血液的载氧能力，使生物呼吸机能下降，其主要侵袭机体粘膜，其次是神经系统。除此之外，氨氮作为水体营养盐污染物，在水体中含量较高时会导致水质恶化，生态系统失衡，引发富营养化危害。导致藻类和微生物的大量繁殖，水中的溶解氧过度消耗，复氧速率明显小于耗氧效率，最终导致鱼类大量的死亡，甚至出现湖泊的干涸灭亡。

由于氨氮的上述危害，对工业废水、生活污水、地下水、水库水厂江河湖泊等水体中进行氨氮含量的现场快速准确检测十分重要。根据水中氨氮含量的即时数据以采取相应的措施，确保江河湖泊以及企业废水排放的氨氮含量在安全指标以内。目前，水质氨氮测定的方法主要有纳氏试剂比色法，水杨酸-次氯酸盐比色法、氨气敏电极法、中和滴定法，气相分子吸收光谱法，氨气回收测定法。其中前两种方法已成为《国家环境保护标准》水质中氨氮测定的标准方法。可是，这些现有氨氮检测方法仍然存在缺陷。例如，纳氏试剂比色法、水杨酸-次氯酸盐比色和中和滴定法使用试剂较多，操作繁琐，水样需预处理，测试时间长，不适合现场快速检测等不足之处，而且前两种比色法还需使用大型分光光度计；氨敏电极法虽然不需水样预处理，但电极结构复杂，稳定性差，易受干扰，需要频繁校准；气相分子吸收光谱法需要使用价格昂贵的光谱仪，而且需要较长的光路以保证较高灵敏度，因此不易于检测仪器的小型化和便携式，从而使得这方种法不适合现场检测；氨气回收测定法利用纯水吸收水样碱化释放的氨气，然后添加酸碱指示剂测定纯水吸收氨气后的吸光度，这种方法也存在操作繁琐，设备复杂等缺点。除了上述常规的检测方法外，近年来还出现了用于水质氨氮检测的试剂条和试剂盒，这些简易方法虽然检测速度快，但准确性差，不适合定量测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化光学式水质氨氮检测装置，结构简单、操作简便、体积小、重量轻、便于携带、灵敏高、量程宽，可取代现有同类大型设备，实现对不同水环境的氨氮含量的现场快速准确测定。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种小型化光学式水质氨氮检测装置，其包括一气液分离单元，一光学检测单元，一信号处理芯片；其中：

气液分离单元包括一碗状水槽、一槽盖、一蠕动泵、一四通阀、及连接导管；蠕动泵的一端口经第一连接导管连接水槽，另一端口经第二连接导管连接四通阀一端口；

光学检测单元包括一碗状气室、至少一光源、至少一光探测器、至少一氨气敏感元件；光源位于气室内侧壁，光探测器位于气室另一内侧壁，与光源正对；氨气敏感元件位于光源和光探测器中间，上端固接于气室内顶壁，在光源的光路上，使光源光垂直透过氨气敏感元件后被光探测器接收；

水槽在下、气室在上，水槽开口与气室开口密封对接，中间水平固设槽盖，槽盖上设有多个微小通孔，使水槽和气室内的气体可以相互扩散；

四通阀的另三个端口一个连接气室，一个连接导液管，一个悬空备用；导液管另一端与待测水样或添加液容器相通连，用于把待测水样或添加液注入、排出水槽；

光探测器输出与外部的信号处理芯片输入端电连接，信号处理芯片输出端电连接于后续设备。

所述的小型化光学式水质氨氮检测装置，其所述气室由金属、黑色塑料的不透光材料制成；水槽、槽盖和四通阀由有机玻璃、聚四氟乙烯耐碱材料制成，其中，槽盖使用不透光材料。

所述的小型化光学式水质氨氮检测装置，其所述氨气敏感元件，包括不透光夹具、透光且遇氨气发生颜色变化的敏感膜片，不透光夹具的两夹臂中心各开有一个通孔，两通孔相对，氨气敏感膜片平整地置于两夹臂中间凹槽内，并完全遮住两夹臂上的通孔；

不透光夹具两夹臂上开的通孔，分别正对光源、光探测器，使光源光经相对的通孔穿过氨气敏感膜片后，照射在光探测器接收端。