基于全光譜技術的亞硝酸鹽在線檢測解決方案

基于全光譜技術的亞硝酸鹽在線檢測解決方案

一、引言

亞硝酸鹽是一種用途廣泛的化學試劑，已經在從染料制造到食品保鮮等眾多領域中得到應用。它通過與胺或酰胺的反應在人體內生成致癌的亞硝胺。亞硝酸鹽也是大氣和天然水體中發現的污染物之一，也是生物氮循環中的重要中間體。飲用水中微量的亞硝酸鹽和硝酸鹽可能導致嬰兒高鐵血紅蛋白血癥，并且長期暴露可能存在癌癥風險。

近年來發展除了多種亞硝酸鹽檢測方法，如離子選擇電極法、伏安法、熒光法、分光光度法等等已用于亞硝酸鹽的測定。這些方法用于NO2-的在線監測時存在種種局限性和不足，本文將論述全光譜水質分析儀在NO2-檢測中的優勢。

二、現有兩種亞硝酸鹽在線檢測技術

目前，有兩種主要技術用于水樣中硝酸鹽的實時在線分析：

1）紫外（UV）吸收光譜法

當電磁能量（如紫外光）通過水樣傳播時，其中一部分能量可以通過電子在不同能級間的躍遷傳遞給一些溶解的離子。離子吸收能量的強度與它們在溶液中的濃度成正比。一般UV法NO2-分析儀，采用LED或氙燈作為光源，采用220nm、275nm雙波長檢測，雖然紫外吸收光譜法具可以消除溶解性有機物的影響，以及對水溶液的溫度、pH值變化不敏感的優點，但是在高鹽度水樣中，NO3、CL-等仍舊會干擾NO2-的測量

2）基于離子選擇性電極（ISE）法

離子選擇電極（ISE）的原理是，通過離子選擇膜的選擇性來進行對應離子的遷

移擴散，從而造成膜內外形成電勢差，并借助電勢差來進行反向計算待測液中對應離子的濃度。而離子選擇電極可視作一個針對待測離子的對應傳感器，也可以理解為一個化學電池。當離子選擇電極與待測溶液接觸時，其前端的離子選擇透過膜將前端隔開為膜內膜外兩個部分，由于選擇透過膜內外存在對應離子活度差異，直接造成離子選擇透光膜的兩側對應離子進行滲透轉移。而所選取的硝酸根離子選擇電極的離子半透膜是針對硝酸根離子的特異性半透膜，原理上只有NO2- 以通過半透膜，所以會在膜兩端產生NO2- 從高濃度向低濃度轉移。ISE方法具有簡單可靠、成本低廉的優點，但是ISE法依然會受到CL-、NO3-的干擾，而且ISE方法的測量值與水樣的pH和溫度變化密切相關，沒有經過精心設計的補償算法的ISE法傳感器都有很大的誤差。

三、影響測量NO2-的環境干擾因素

     盡管NO2-在190-230nm的光譜范圍內都有顯著吸收，在大于210nm后，亞硝氮的吸收顯著下降，在300nm之后幾乎沒有吸收，因此對NO2-的吸收譜線一般選在在190-230nm之間，但在在線監測應用中，會收到試劑水樣中其他物質的交叉干擾，這些干擾因素包括

1)   溶解性有機物

有機物在190-300nm范圍內也有著顯著的吸收，與NO2-吸收光譜有明顯的重疊。

2)   其他干擾離子物質

高鹽水樣中含有的其他干擾離子，尤其是CL-、NO3-均會對NO2-的吸收光譜產生影響，經過研究電導率發現大于1000uS/cm水樣對214nm的光譜有顯著影響，將NO2-的吸收光譜選擇在206nm-214nm之間，則高鹽度水樣對NO2-吸收的影響幾乎可以忽略。

三、采用全光譜水質分析技術準確檢測水中的亞硝酸鹽

   采用全光譜分析技術，通過在全光譜范圍內選擇多組吸收譜線，在線監測亞硝酸時可以克服水樣的濁度、溶解性有機物、pH、水中其他離子的影響，在測量誤差、在抗干擾能力和檢測下限方面的性能均超過UV法和ISE方法。其基本技術路線如下

1）消除溶解性有機物（DOC）的干擾

在275nm波長上，有機物依舊有明顯吸收，而NO2-在275nm沒有吸收，可以通過檢測275nm上的吸光度來扣除有機物的干擾。

2）消除水中其他離子的干擾

CL-在吸收在180-200nm之間，超過200nm已經沒有明顯吸收，選擇合適NO2-檢測波長可以避開CL-干擾的影響。

3）消除水樣濁度和色度的影響

實際水樣中的懸浮物、腐殖質等在從紫外到紅外的光譜范圍都會產生吸收，水中的濁度會造成NO2-測量值偏大。由于800nm以上的波長對有機物、無機物等都沒有吸收，因此同時選擇800nm以上波長檢測濁度，可以扣除水樣濁度的影響。

四、全光譜水質分析儀的技術參數

AL4020全光譜水質分析基于紫外-可見光全波長吸收光譜技術，符合《光譜法水質在線監測系統技術導則》（T/CWEC13-2019）,通過190-1100nm波段的吸收光譜數據反演算法解析水樣中污染物含量，可以同時測量九項水質指標。光路上采用參考光路和濁度補償技術，使得產品在光源衰減、和高濁度水樣中依舊能獲得準確的測量值。適用于地表水、飲用水、工業過程水和廢水中的有機物、營養鹽含量的在線監測。具有RS485通訊接口，標準MODBUS協議，可進行多傳感器組網。容易與RTU、PLC和物聯網關、SCADA系統等集成和組網。附送UV-Vis光譜分析軟件，可進行配置、校正、測量、光譜曲線和吸光度曲線采集等操作。

•        ? 探頭可直接浸沒入水中測量

•        ? 無需化學試劑，無二次污染

•        ? 長壽命閃爍氙燈，閃光次數≥10E9次

•        ? 512像素可見-紫外光光譜儀，分辨力達1nm

•        ? 5mm/15mm/30mm三種測量光程可選擇

•        ? 可存儲32MB歷史光譜數據

•        ? 具有濁度補償功能

•        ? 每個測量因子最多可設置四個特征波長

•        ? 四組用戶自定義4組特征波長，方便建立計量模型

•        ? 出廠預校準，可隨時恢復出廠校準參數