基于全光谱技术的亚硝酸盐在线检测解决方案

基于全光谱技术的亚硝酸盐在线检测解决方案

一、引言

亚硝酸盐是一种用途广泛的化学试剂，已经在从染料制造到食品保鲜等众多领域中得到应用。它通过与胺或酰胺的反应在人体内生成致癌的亚硝胺。亚硝酸盐也是大气和天然水体中发现的污染物之一，也是生物氮循环中的重要中间体。饮用水中微量的亚硝酸盐和硝酸盐可能导致婴儿高铁血红蛋白血症，并且长期暴露可能存在癌症风险。

近年来发展除了多种亚硝酸盐检测方法，如离子选择电极法、伏安法、荧光法、分光光度法等等已用于亚硝酸盐的测定。这些方法用于NO2-的在线监测时存在种种局限性和不足，本文将论述全光谱水质分析仪在NO2-检测中的优势。

二、现有两种亚硝酸盐在线检测技术

目前，有两种主要技术用于水样中硝酸盐的实时在线分析：

1）紫外（UV）吸收光谱法

当电磁能量（如紫外光）通过水样传播时，其中一部分能量可以通过电子在不同能级间的跃迁传递给一些溶解的离子。离子吸收能量的强度与它们在溶液中的浓度成正比。一般UV法NO2-分析仪，采用LED或氙灯作为光源，采用220nm、275nm双波长检测，虽然紫外吸收光谱法具可以消除溶解性有机物的影响，以及对水溶液的温度、pH值变化不敏感的优点，但是在高盐度水样中，NO3、CL-等仍旧会干扰NO2-的测量

2）基于离子选择性电极（ISE）法

离子选择电极（ISE）的原理是，通过离子选择膜的选择性来进行对应离子的迁

移扩散，从而造成膜内外形成电势差，并借助电势差来进行反向计算待测液中对应离子的浓度。而离子选择电极可视作一个针对待测离子的对应传感器，也可以理解为一个化学电池。当离子选择电极与待测溶液接触时，其前端的离子选择透过膜将前端隔开为膜内膜外两个部分，由于选择透过膜内外存在对应离子活度差异，直接造成离子选择透光膜的两侧对应离子进行渗透转移。而所选取的硝酸根离子选择电极的离子半透膜是针对硝酸根离子的特异性半透膜，原理上只有NO2- 以通过半透膜，所以会在膜两端产生NO2- 从高浓度向低浓度转移。ISE方法具有简单可靠、成本低廉的优点，但是ISE法依然会受到CL-、NO3-的干扰，而且ISE方法的测量值与水样的pH和温度变化密切相关，没有经过精心设计的补偿算法的ISE法传感器都有很大的误差。

三、影响测量NO2-的环境干扰因素

     尽管NO2-在190-230nm的光谱范围内都有显著吸收，在大于210nm后，亚硝氮的吸收显著下降，在300nm之后几乎没有吸收，因此对NO2-的吸收谱线一般选在在190-230nm之间，但在在线监测应用中，会收到试剂水样中其他物质的交叉干扰，这些干扰因素包括

1)   溶解性有机物

有机物在190-300nm范围内也有着显著的吸收，与NO2-吸收光谱有明显的重叠。

2)   其他干扰离子物质

高盐水样中含有的其他干扰离子，尤其是CL-、NO3-均会对NO2-的吸收光谱产生影响，经过研究电导率发现大于1000uS/cm水样对214nm的光谱有显著影响，将NO2-的吸收光谱选择在206nm-214nm之间，则高盐度水样对NO2-吸收的影响几乎可以忽略。

三、采用全光谱水质分析技术准确检测水中的亚硝酸盐

   采用全光谱分析技术，通过在全光谱范围内选择多组吸收谱线，在线监测亚硝酸时可以克服水样的浊度、溶解性有机物、pH、水中其他离子的影响，在测量误差、在抗干扰能力和检测下限方面的性能均超过UV法和ISE方法。其基本技术路线如下

1）消除溶解性有机物（DOC）的干扰

在275nm波长上，有机物依旧有明显吸收，而NO2-在275nm没有吸收，可以通过检测275nm上的吸光度来扣除有机物的干扰。

2）消除水中其他离子的干扰

CL-在吸收在180-200nm之间，超过200nm已经没有明显吸收，选择合适NO2-检测波长可以避开CL-干扰的影响。

3）消除水样浊度和色度的影响

实际水样中的悬浮物、腐殖质等在从紫外到红外的光谱范围都会产生吸收，水中的浊度会造成NO2-测量值偏大。由于800nm以上的波长对有机物、无机物等都没有吸收，因此同时选择800nm以上波长检测浊度，可以扣除水样浊度的影响。

四、全光谱水质分析仪的技术参数

AL4020全光谱水质分析基于紫外-可见光全波长吸收光谱技术，符合《光谱法水质在线监测系统技术导则》（T/CWEC13-2019）,通过190-1100nm波段的吸收光谱数据反演算法解析水样中污染物含量，可以同时测量九项水质指标。光路上采用参考光路和浊度补偿技术，使得产品在光源衰减、和高浊度水样中依旧能获得准确的测量值。适用于地表水、饮用水、工业过程水和废水中的有机物、营养盐含量的在线监测。具有RS485通讯接口，标准MODBUS协议，可进行多传感器组网。容易与RTU、PLC和物联网关、SCADA系统等集成和组网。附送UV-Vis光谱分析软件，可进行配置、校正、测量、光谱曲线和吸光度曲线采集等操作。

•         探头可直接浸没入水中测量

•         无需化学试剂，无二次污染

•         长寿命闪烁氙灯，闪光次数≥10E9次

•         512像素可见-紫外光光谱仪，分辨力达1nm

•         5mm/15mm/30mm三种测量光程可选择

•         可存储32MB历史光谱数据

•         具有浊度补偿功能

•         每个测量因子最多可设置四个特征波长

•         四组用户自定义4组特征波长，方便建立计量模型

•         出厂预校准，可随时恢复出厂校准参数