水體中氨氮的實(shí)時(shí)在線檢測畢業(yè)論文

1、<p>　　基于微型光譜儀對水體中氨氮的實(shí)時(shí)在線檢測</p><p>　　The detection of ammonia nitrogen in water by MOEMS</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　環(huán)境保護(hù)逐漸成為當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)焦點(diǎn)問題，水質(zhì)的檢測又是環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要組成部分。需樣量

2、大，費(fèi)時(shí)，操作繁瑣是傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的突出不足，不便于進(jìn)行水質(zhì)的在線監(jiān)測。微型光譜儀在線檢測技術(shù)是新興的技術(shù)，具有方便，快捷，高效，樣品用量少等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)水中多種污染物的快速檢測，是未來化學(xué)分析技術(shù)的一種重要方法，具有非常廣闊的發(fā)展空間。</p><p>　　本文利用分光光度法快速檢測水中氨氮含量，并實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)、在線檢測。在研究水楊酸分光光度法(GB/T 8538-1995)的基礎(chǔ)上，通過使用二氯乙腈尿

3、酸鈉代替標(biāo)準(zhǔn)中所用的次氯酸鈉，使用檸檬酸三鈉作為掩蔽劑，調(diào)節(jié)體系PH三個(gè)方面的研究探討，對上述因素在氨氮含量檢測中的影響進(jìn)行表征和優(yōu)化，得到這些影響因素的最優(yōu)值，探索出一套以紫外可見分光光度計(jì)為檢測手段，在10min內(nèi)得到水樣中氨氮含量結(jié)果的檢測方法。</p><p>　　對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化后，運(yùn)用此方法將氨氮的標(biāo)準(zhǔn)樣品在自主研發(fā)的基于MS-II微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀上進(jìn)行檢測，作出標(biāo)準(zhǔn)曲線。多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測

4、儀檢測模擬水樣結(jié)果與島津UV2450紫外分光光度計(jì)檢測結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果顯示，多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀的檢測結(jié)果和島津UV2450基本一致，誤差小于±5%</p><p>　　選用二氯乙腈尿酸鈉代替次氯酸鈉，二氯乙腈尿酸鈉的體系濃度為0.313mmol/L，加入量為0.2ml。反應(yīng)溫度維持在30（±0.5）℃，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系PH值為13左右。反應(yīng)時(shí)間為10min。在上述最佳檢測條件下，運(yùn)用島津UV

5、2450紫外分光光度儀，得出氨氮含量在0-0.5mg/L濃度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.4423x-0.0163，R2=0.9984，檢測靈敏度為0.4423，回收率為99.49%，RSD為1.24%, 最低檢出限為0.0087mg/L。測得模擬水樣中氨氮的含量為0.151mg/L（理論值為0.150mg/L）。運(yùn)用微型光譜儀在同樣的條件和環(huán)境下，繪制出氨氮含量在0-0.5mg/L濃度范圍內(nèi)所得標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.8626x-0.087，R

6、2=0.9969，檢測靈敏度為0.8626，回收率為99.36%，RSD為1.34%, 最低檢出限為0.0045mg/L。測得水樣中氨氮含量為0.149mg/L（理論值為0.150mg/L）。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 氨氮快速檢測，紫外可見分光光度法，微型光譜儀</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　

7、Environmental protection is an important issue in modern times. Water quality testing is also an important issue in the environmental protection. The traditional technology needs much water sample, a lot of time and cumb

8、ersome operations which do not allow for online monitoring of water quality. Micro-detector technology is an emerging technology, with the advantages of convenient, fast operation and low water sample addittion, which

9、 can detect the content of in various pollutants in water. I</p><p>　　This paper using spectrophotometry fast detection water ammonia nitrogen content, and realize the real-time, water quality on-line detect

10、ion. In research salicylic acid spectrophotometric method (GB/T 8538-1995) basis, through the use of methylene chloride acetonitrile uric acid sodium hypochlorite instead of standard by using citric acid, sodium as three

11、 masking agent, regulate the system from three aspects of the PH of the above factors, and study the ammonia nitrogen content in the detection </p><p>　　Optimized for experimental conditions, using this meth

12、od will ammonia nitrogen in the standard samples independently developed based on MS - II miniature spectrometer on water quality monitoring multi-parameter testing, make standard curve. Water quality monitoring multi-pa

13、rameter testing simulation results and the island UV2450 water cyanazine ultraviolet spectrophotometer detection results are compared, the results showed that the water quality monitoring multi-parameter testing results

14、and is</p><p>　　Choose two chlorine acetonitrile uric acid sodium hypochlorite, instead of methylene chloride acetonitrile uric acid sodium system for 0.313 mmol/L concentration of 0.2 ml, addition amount. R

15、eaction temperature maintain at 30 ℃, (±0.5) with sodium hydroxide regulation system for about 13 PH. The reaction time for 10min. In the best test conditions, using island UV2450 uv-spectrophotometry cyanazine ammo

16、nia nitrogen content that instrument, at 0 to 0.5 mg/L concentration range of standard curve i</p><p>　　Key words: Ammonia nitrogen fast detection, spectrophotometry, MOEMS</p><p><b>　　目

17、 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1水質(zhì)監(jiān)測概述1</p><p>　　1.2在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)簡介7&l

18、t;/p><p>　　1.3微型在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的研究10</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)介紹13</p><p>　　2.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器13</p><p>　　2.2水楊酸-次氯酸鈉法檢測氨氮的原理13</p><p>　　2.3分散劑原理14</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)過程1

19、5</p><p>　　3.1氨氮檢測條件實(shí)驗(yàn)15</p><p>　　3.2氨氮含量檢測速度實(shí)驗(yàn)21</p><p>　　3.3壽命實(shí)驗(yàn)27</p><p>　　3.4利用微型光譜儀檢測水樣中氨氮含量....................................................................

20、............28</p><p>　　4 結(jié)果與討論29</p><p>　　5 基于微型光譜儀快速在線檢測技術(shù)展望31</p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)35</p><p><b>　　1 緒論</

21、b></p><p>　　1.1水質(zhì)監(jiān)測的概述</p><p>　　1.1.1水環(huán)境污染的現(xiàn)狀</p><p>　　在自然界循環(huán)得水中，從非污染環(huán)境進(jìn)入水體中的化學(xué)物質(zhì)，被稱為本底雜質(zhì)或自然雜質(zhì)；從污染環(huán)境進(jìn)入水中的化學(xué)物質(zhì)，被稱為污染物。一定量的廢水、污水和各種廢棄物等污染物質(zhì)大量進(jìn)入水體，超出了水體本身的納污和自凈能力，從而使得水體及其底泥的化學(xué)、物理性質(zhì)

22、和生物群落組成發(fā)生不良變化，破壞了水體中固有的水體功能和其生態(tài)系統(tǒng)，從而使水體使用價(jià)值降低的現(xiàn)象，稱為水體污染或水污染。水體污染的主要類型如下：</p><p>　?、贌o機(jī)鹽污染　無機(jī)鹽污染物主要指含有大量硫酸鹽類、碳酸鹽類、硝酸鹽類、磷酸鹽類的污染物，這類污染物大部分存在于污水、工業(yè)廢水和天然水中，會(huì)使水的硬度增加，引起生活、工業(yè)或灌溉用水使用的不利影響。</p><p>　　②耗氧型污

23、染　如脂肪、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等有機(jī)物雖無毒，但在其氧化分解時(shí)會(huì)消耗大量水中的溶解氧，而在厭氧條件下又能進(jìn)行自身分解，生成有害物質(zhì)如氨、甲烷和硫化氫等，使水質(zhì)發(fā)臭變黑，同時(shí)會(huì)造成水體含氧量下降，而后引起大部分的水生生物由于缺氧而無法生存的問題。這種因廢水中的有機(jī)物而引起的水體不良變化，稱為有機(jī)型污染，或耗氧型污染。</p><p>　?、壑亟饘傥廴?水體中金屬物質(zhì)的含量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)便會(huì)產(chǎn)生危害，因?yàn)樗鼈兡軌虬殡S水

24、體的循環(huán)在動(dòng)植物、土壤以及人體中積累和濃縮，所以其含量需嚴(yán)格控制。</p><p>　?、芄腆w漂浮和淤體污染 油脂、石油等黏性物質(zhì)及其他漂浮在水面的污染物，會(huì)讓水體的感觀性狀惡化。此類類物質(zhì)進(jìn)入水體環(huán)境后，在水體表面形成具有刺激性氣味和難看的薄膜，使水資源的自身價(jià)值下降，危害海鳥、魚類和其他水生生物，影響沿岸植物及水生植物的生長。覆蓋于水體表面的油膜還會(huì)影響水生植物的光合作用和水體的透氣性。</p>

25、<p>　?、輵腋」腆w污染 水體中懸浮物質(zhì)可以傷害魚類得鰓（濃度大時(shí)可導(dǎo)致魚類死亡）、阻礙光線，并能削弱水生植物的光合作用；另一方面因?yàn)閼腋∥镱w粒極小、成膠體狀，往往大量有毒物質(zhì)夾雜其中隨水流漂流，導(dǎo)致污染范圍擴(kuò)大。</p><p>　?、抻卸净瘜W(xué)品污染 主要指具有毒性的無機(jī)及有機(jī)化學(xué)藥品對水體的污染，即使其濃度非常低，但對其他細(xì)小的水生微生物及魚類也有很大毒性。這種因有毒化學(xué)品排入水體而造成的

26、污染，被稱為毒物型污染。毒物型污染常發(fā)生于有工業(yè)排放口附近的水域。</p><p>　?、叻派湫晕镔|(zhì)污染 一些有關(guān)的部門對可能排放含有放射性物質(zhì)（與原子能和同位素有關(guān)）的廢水，使水體受到放射性污染。它不僅是一種不能直接接觸的污染物，對生物體細(xì)胞的傷害效應(yīng)具有累積性，甚至還能長時(shí)期具體有高強(qiáng)度的放射性，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。</p><p>　　1.1.2水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀</p>&

27、lt;p>　　水質(zhì)監(jiān)測是監(jiān)視和測定水體中污染物的種類、各類污染物的濃度及變化趨勢，評價(jià)水質(zhì)狀況的過程, 監(jiān)測的目的是評價(jià)污染物產(chǎn)生的原因及污染途徑, 為防治污染提供技術(shù)支持。水環(huán)境控制目標(biāo)的確定及水環(huán)境質(zhì)量狀況改善的效果要依靠水質(zhì)監(jiān)測。</p><p>　　傳統(tǒng)的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作主要以人工現(xiàn)場采樣、實(shí)驗(yàn)室儀器分析為主。雖然在實(shí)驗(yàn)室中分析手段完備，但實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測存在監(jiān)測頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測數(shù)據(jù)分散、不能及時(shí)

28、反映污染變化狀況等缺陷，難以滿足政府和企業(yè)進(jìn)行有效水環(huán)境管理的需求。從國外環(huán)保監(jiān)測的發(fā)展趨勢和國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)看，水質(zhì)的在線自動(dòng)監(jiān)測已經(jīng)成為有關(guān)部門及時(shí)獲得連續(xù)性的監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效手段。只需經(jīng)過幾分鐘的數(shù)據(jù)采集，水源地的水質(zhì)信息就可發(fā)送到環(huán)境分析中心的服務(wù)器中。一旦觀察到有某種污染物的濃度發(fā)生異變，環(huán)境監(jiān)管部門就可以立刻采取相應(yīng)的措施，取樣具體分析。可見，水質(zhì)在線分析系統(tǒng)最大的優(yōu)勢便在于可快速而準(zhǔn)確地獲得水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，

29、有助于環(huán)保部門建立大范圍的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，以確定目標(biāo)區(qū)域的污染狀況和發(fā)展趨勢。隨著監(jiān)測技術(shù)和儀器儀表工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作更開始向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測方向發(fā)展。</p><p>　　縱觀我國的環(huán)境水質(zhì)在線監(jiān)測體系建設(shè)，經(jīng)過多年發(fā)展，已初步建成具有我國特色的環(huán)境連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測管理和技術(shù)體系，并已逐漸形成網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一

30、個(gè)五年規(guī)劃綱要》要求“十一五”期間主要污染物化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量減少10%，并明確規(guī)定主要污染物減排指標(biāo)作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的約束性指標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃綱要的污染物減排目標(biāo)，國家環(huán)境保護(hù)總局提出了加快污染物減排、監(jiān)測和考核體系的建設(shè)，在國控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控、污染源監(jiān)督性監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法、基層環(huán)境統(tǒng)計(jì)等方面提高能力，并得到了財(cái)政部和發(fā)改委的大力支持。國控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控是指：在占全國主要污染物工業(yè)排放負(fù)荷65%以上的企業(yè)以

31、及城市污水處理廠均要實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)監(jiān)測和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。屬于上述范圍的總共約有7000家企業(yè)，計(jì)劃在2008年年底前完成。</p><p>　　2011年新頒布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出“加大環(huán)境保護(hù)力度。以解決飲用水不安全和空氣、土壤污染等損害群眾健康的突出環(huán)境問題為重點(diǎn)，加強(qiáng)綜合治理，明顯改善環(huán)境質(zhì)量。落實(shí)減排目標(biāo)責(zé)任制，強(qiáng)化污染物減排和治理，增加主要污染物總量控制種類，加快城

32、鎮(zhèn)污水、垃圾處理設(shè)施建設(shè)，加大重點(diǎn)流域水污染防治力度，有效控制城市大氣、噪聲污染，加強(qiáng)重金屬、危險(xiǎn)廢物、土壤污染治理，強(qiáng)化核與輻射監(jiān)管能力。嚴(yán)格污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境影響評價(jià)，強(qiáng)化執(zhí)法監(jiān)督，健全重大環(huán)境事件和污染事故責(zé)任追究制度。完善環(huán)境保護(hù)科技和經(jīng)濟(jì)政策，建立健全污染者付費(fèi)制度，建立多元環(huán)保投融資機(jī)制，大力發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)?！鳖A(yù)計(jì)在十二五期間，環(huán)境水質(zhì)在線監(jiān)測體系的建設(shè)會(huì)進(jìn)一步加快，主要污染物總量控制種類將有所增加，監(jiān)測因子增加帶動(dòng)的監(jiān)測儀

33、器安裝數(shù)量將快速增長，推動(dòng)環(huán)境水質(zhì)在線監(jiān)測行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測主要分為廢水污染源在線監(jiān)測和地表水質(zhì)在線監(jiān)測。其中廢水污染源監(jiān)測的主要是對按排污量核定的國控、省控、市控污染源企業(yè)(如重點(diǎn)污染行業(yè)企業(yè)、城市污水處理廠等)排放的污染物中的監(jiān)測因子進(jìn)行測定，主要管理部門為環(huán)境保護(hù)部;地表水監(jiān)測主要針對河流斷面、飲用水源地、湖泊、水庫等的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，主要管理部門有環(huán)境保護(hù)部、水利部。另外，涉

34、及城市水資源利用和監(jiān)測的還有住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部。近海海域水質(zhì)監(jiān)測的則主要由海洋部管理。</p><p>　　根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的《2010年國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)名單》，2010年全國污染源國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)6,361家，其中污水處理重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)1,814 家。根據(jù)2008-2010年全國各省環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)披露的廢水污染源企業(yè)數(shù)據(jù)整理可得，截至2010年末，省控污染源約3,629家、市控污染源約11,580家。2007年初，國家

35、環(huán)?？偩譃榧涌煳廴緶p排指標(biāo)體系、監(jiān)測體系和考核體系(簡稱“三大體系”)的建設(shè)，啟動(dòng)了國控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，要求國控重點(diǎn)污染源必須在2008年底前完成在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和驗(yàn)收，以確保主要污染物排放總量的核定。因此，2008年全國污染源在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的安裝量突破了1萬臺(套)，達(dá)到歷史最高水平。2009年開始，各地環(huán)保部門也陸續(xù)開始針對本地區(qū)省控、市控污染源企業(yè)安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，以加強(qiáng)地區(qū)排污的監(jiān)控力度，相關(guān)監(jiān)測因子監(jiān)測

36、儀器(主要為COD在線監(jiān)測儀)的安裝數(shù)量進(jìn)一步攀升。</p><p>　　根據(jù)中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)環(huán)境監(jiān)測儀器專業(yè)委員會(huì)發(fā)布的《我國環(huán)境監(jiān)測儀器行業(yè)2009 年發(fā)展綜述》，2009年，廢水污染源在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約6.8億元。廢水污染源在線監(jiān)測市場主要從COD在線監(jiān)測儀器安裝起步，過去十年經(jīng)歷了快速的增長。中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2008 年，全國COD 在線監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)值達(dá)68,276 萬元。2009

37、年，全國COD 在線監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)值達(dá)68,000 萬元。其中，受到2008年席卷全球的金融危機(jī)影響，各地環(huán)保局在線監(jiān)測儀器安裝的推進(jìn)速度和污染源企業(yè)安裝儀器的積極性受到較大影響，對市場造成一定的影響。</p><p>　　根據(jù)中國工控網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前全國廢水污染源監(jiān)測系統(tǒng)的市場保有量在1.8萬套以上，以每套系統(tǒng)的壽命5年計(jì)算。隨著數(shù)據(jù)有效性審查的開展，早期安裝的監(jiān)測系統(tǒng)面臨老化、監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、儀器不穩(wěn)定等問

38、題，需要進(jìn)行更換而產(chǎn)生的需求量，以及儀器本身的更新?lián)Q代，預(yù)計(jì)2010年廢水污染源監(jiān)測系統(tǒng)的更換數(shù)量將超過3000臺，并呈逐年上升的態(tài)勢。從中國工控網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，度過金融危機(jī)的影響后，廢水污染源在線監(jiān)測儀器的市場仍保持了較快的增長速度，到2010年該細(xì)分市場的規(guī)模將達(dá)10.68億元。</p><p>　　據(jù)2009年環(huán)境狀況公報(bào)統(tǒng)計(jì)，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河和遼河七大水系總體為輕度污染。203條河流4

39、08個(gè)地表水國控監(jiān)測斷面中，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為57.30%、24.30%和18.40%。主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量和氨氮。其中，珠江、長江水質(zhì)良好，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。</p><p>　　中國社會(huì)科學(xué)院環(huán)境與發(fā)展研究中心副主任鄭易生指出，中國發(fā)布的各種水環(huán)境質(zhì)量檢測報(bào)告，由于受布點(diǎn)數(shù)量和布點(diǎn)區(qū)域的限制，“并不能充分、真實(shí)地反映

40、國內(nèi)水污染現(xiàn)狀”。目前國家環(huán)保總局設(shè)置的水質(zhì)監(jiān)測斷面，基本上分布在水量相對充沛、監(jiān)管相對嚴(yán)格的大江大河或主要水系的干流，對于支流的監(jiān)測幾乎屬于空白領(lǐng)域。在小城鎮(zhèn)以及廣大農(nóng)村地區(qū)，實(shí)際的污水排放量以及支流、內(nèi)河的受污染程度，很可能要比目前公布的數(shù)字更為嚴(yán)重。目前的水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀揭示了中國水污染的嚴(yán)重程度和水質(zhì)監(jiān)測的建設(shè)落后程度。因此，治理水污染，必須先做好水質(zhì)監(jiān)測。</p><p>　　近年來，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在許多

41、國家地表水監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用，我國的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站的建設(shè)也取得了較大的進(jìn)展。根據(jù)《2008年全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，全國地表水質(zhì)監(jiān)測斷面數(shù)9,635個(gè)，近岸海域監(jiān)測點(diǎn)位1,203個(gè)，開展飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測的城市數(shù)1,021個(gè)。根據(jù)2007-2009年《中國環(huán)境狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì)顯示，全國主要河流、湖泊、重點(diǎn)水利工程地表水國控監(jiān)控?cái)嗝妫?007年為569個(gè)，2008年為571個(gè)，2009年為633個(gè)。水利部門近年來也開始重視水質(zhì)監(jiān)測工作，逐步

42、建立起覆蓋全國的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。水利系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測工作主要與水文站相結(jié)合，對定點(diǎn)流域的水量、水文、水質(zhì)情況同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。</p><p>　　綜上所述，我國水質(zhì)監(jiān)測的道路任重而道遠(yuǎn)。這方面的研究探索也有一定意義，故而本文旨在為我過水質(zhì)監(jiān)測事業(yè)敘述一些自己的看法。</p><p>　　1.2在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)簡介</p><p>　　1.2.1 在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的組

43、成和作用</p><p>　　在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)一般由水樣采樣單元、水樣處理單元、分析單元和控制單元組成（圖1）。</p><p>　　·水樣采樣單元：包括取水泵、管路及閥門等部分。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行配置、保證水樣的壓力和流量能滿足水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測儀器的需要。</p><p>　　·水樣處理單元：包括水樣處理裝置、自動(dòng)清洗裝置及輔助系統(tǒng)等。

44、在水樣處理單元中對水樣進(jìn)行過濾及除砂處理，以確保向自動(dòng)監(jiān)測儀器提供符合條件的水樣。輔助系統(tǒng)主要由純水供給系統(tǒng)、氣體供給系統(tǒng)、沖洗供給系統(tǒng)、電源保護(hù)及恢復(fù)系統(tǒng)等部分組成。整套水樣處理裝置具有自動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，不需要專人維護(hù)。</p><p>　　·分析單元：由流量、pH、ORP、余氯、濁度分析儀表及氨氮、COD、總磷等在線監(jiān)測儀表組成。該單元具有在線連續(xù)、低成本運(yùn)行等特點(diǎn)，同時(shí)還具有自動(dòng)診斷報(bào)警、自動(dòng)沖洗等

45、功能，通過模擬量和數(shù)字量接口實(shí)現(xiàn)了整機(jī)自動(dòng)控制和連網(wǎng)功能。</p><p>　　·控制單元：本單元包括數(shù)據(jù)的采集、處理與存儲, 系統(tǒng)控制軟件及外部通訊接口等</p><p>　　圖1 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖</p><p>　　水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測量技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分

46、析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，可打印輸出日、周、月、季、年平勻數(shù)據(jù)以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各種監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)報(bào)告及圖表（棒狀圖、曲線圖多軌跡圖、對比圖等），并可輸入中心數(shù)據(jù)庫或上網(wǎng)。收集并可長期存儲指定的監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種運(yùn)行資料、環(huán)境資料備檢索。系統(tǒng)具有監(jiān)測項(xiàng)目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號顯示、報(bào)警功能；自動(dòng)運(yùn)行、停電保護(hù)、來電自動(dòng)恢復(fù)功能；維護(hù)檢柞狀態(tài)測試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。實(shí)

47、施水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。</p><p>　　在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，中心站通過衛(wèi)星和電話撥號兩種通訊方式實(shí)現(xiàn)對各子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能，托管站也可以通過電話撥號方式實(shí)現(xiàn)對所托管子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功

48、能，其他經(jīng)授權(quán)的相關(guān)部門可通過電話撥號方式 實(shí)現(xiàn)對相關(guān)子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸或能。 每個(gè)子站是一個(gè)獨(dú)立完整的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，一般由6個(gè)主要子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、監(jiān)測儀器系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心、監(jiān)測站房或監(jiān)測小屋。目前，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心、監(jiān)測站房或監(jiān)測小屋。目前，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中的子站的構(gòu)成方式大致有三種：（1）由一臺或多臺小型的多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)

49、分析儀（如：YS1公司和HYDROLAB公司的常規(guī)五參數(shù)分析儀）組成的子站（多臺組合可用于測量不同水深的水質(zhì)）。其特點(diǎn)是儀器可直接放于水中測量，系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便。（2）固定式子站：為較傳統(tǒng)的系統(tǒng)組成方式。其特點(diǎn)是監(jiān)測項(xiàng)目的選擇范圍寬。（3）流動(dòng)式子站：一種為固定式子站儀器設(shè)備全部裝于一輛拖車（監(jiān)測小屋）上，可根據(jù)需要遷移場所，也可認(rèn)為是半固定式子站。其特點(diǎn)是組成成本較高。</p><p>　　國外早期河流水系的水

50、質(zhì)監(jiān)測方法是定時(shí)定點(diǎn)在河流的某些斷面取瞬時(shí)水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室分析，這種人工抽查式的監(jiān)測方法不能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得水質(zhì)不斷變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。為了盡早發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化，迅速作出下游水質(zhì)污染預(yù)報(bào)，及時(shí)追蹤污染源，研究水的稀釋、自凈規(guī)律，國外在完善實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測的同時(shí)，陸續(xù)發(fā)展了水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。</p><p>　　目前我國面臨的問題一是水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)多以掌握地表水水資源質(zhì)量功能為主，缺乏對地下水的監(jiān)測和對大氣降水

51、水質(zhì)監(jiān)測。二是水質(zhì)監(jiān)測站的總數(shù)少于水功能區(qū)的數(shù)量，不能反映全部水功能區(qū)的水質(zhì)狀況。三是各級水質(zhì)監(jiān)測中心的采樣能力不足，監(jiān)測頻率低，水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測儀器設(shè)備老化，大型分析儀器配備不平衡。四是機(jī)動(dòng)監(jiān)測能力不足，移動(dòng)水質(zhì)分析監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室配備數(shù)量太少，現(xiàn)場監(jiān)測能力低。五是自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測站數(shù)量太少，缺乏自動(dòng)測報(bào)能力，難以獲得重點(diǎn)水功能區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。</p><p>　　雖然我國污染物質(zhì)濃度監(jiān)測儀表在水質(zhì)測量及控

52、制上早有應(yīng)用, 但一臺或幾臺分析儀表用于現(xiàn)場監(jiān)測并不能構(gòu)成一套完整的監(jiān)測系統(tǒng), 只能稱為水質(zhì)監(jiān)測中的儀器監(jiān)測手段。因此, 在現(xiàn)有污染物濃度分析儀表的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 并將以上功能充分集成, 形成了“水質(zhì)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)”。其中, 監(jiān)測記錄儀被安裝在監(jiān)測現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理, 將采集到的各種不同標(biāo)準(zhǔn)與格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式, 通過因特網(wǎng)或局域網(wǎng)絡(luò)送到上端管理軟件, 并將數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)

53、庫中。儀表系統(tǒng)由常規(guī)5參數(shù)分析儀、高錳酸鹽指數(shù)分析儀、總有機(jī)磷( TOC)分析儀、氨氮分析儀、總磷分析儀、硝酸鹽自動(dòng)分析儀組成, 可對溫度、pH 值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽、總有機(jī)磷、總磷等10個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測[9]?？刂葡到y(tǒng)由PLC或單片機(jī)控制, 包括系統(tǒng)及設(shè)備的啟停、報(bào)警控制、數(shù)據(jù)采集等。軟件主要是對儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄、傳送, 設(shè)備操作, 遠(yuǎn)程監(jiān)控和通訊等。</p><p>

54、　　1.2.2 氨氮在線水質(zhì)監(jiān)測分析方法</p><p>　　水體中氨氮含量在線自動(dòng)分析方法有: ①水楊酸鈉—光度測量法; ②鈉氏試劑—光度測量法; ③電極法。方法①在快速氨氮含量測定儀器上已經(jīng)采用。</p><p>　　1.3微型在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的研究</p><p>　　1.3.1微型在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的研究進(jìn)展</p><p>　　溶液

55、化學(xué)分析的自動(dòng)化是現(xiàn)代分析化學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向, 其在分析領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。20世紀(jì)50年代后期, 美國的Technicon等公司在空氣泡間隔式連續(xù)流動(dòng)分析(Segmented continuous flow analysis，SCFA)的基礎(chǔ)上大力發(fā)展名為Auto—Analyzer的溶液處理自動(dòng)分析儀[10], 第一次把分析試樣與試劑從傳統(tǒng)的試管、燒杯容器中轉(zhuǎn)人管道中。試樣與試劑在連續(xù)流動(dòng)中完成物理混合與化學(xué)反應(yīng)。但間隔式

56、連續(xù)流動(dòng)分析仍維持了傳統(tǒng)操作最終都要達(dá)到物理與化學(xué)平衡的觀念。年由丹麥學(xué)者Ruzicka與Hansen首次命名的流動(dòng)注射分析(Flow —injection analysis, FIA) 擺脫了上述觀念上的局限[11], 采用把一定體積的試樣注人到無氣泡間隔的流動(dòng)試劑載流中的辦法, 保證混合過程與反應(yīng)時(shí)間的高度重現(xiàn)性, 在非平衡狀態(tài)下高效率地完成了試樣的在線處理與測定, 從而觸發(fā)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中基本操作技術(shù)的一次根本性的變革。它打

57、破了幾百年來分析化學(xué)反應(yīng)必須在物理化學(xué)平衡條件下完成的傳統(tǒng), 使非平衡條件下的分析化學(xué)成為可能, 從而開發(fā)出分析</p><p>　　流動(dòng)注射法有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）廣泛的適用性:FIA 可與分光光度、原子光譜、電化學(xué)以及發(fā)光等多種檢測手段聯(lián)用。</p><p>　?。?）高效率: 一般分析速度可達(dá)100～300 樣/小時(shí)。</p>

58、<p>　?。?）低消耗:FIA 是一種微量分析技術(shù), 一般消耗試樣為10～100μl ;試劑消耗水平也大體相似, 與傳統(tǒng)手工操作相比節(jié)約試劑與試樣90 %以上, 這對于使用貴重試劑的分析有重要意義。</p><p>　?。?）高精度:一般FIA 的測定精度可達(dá)0.5%～1%RSD。</p><p>　?。?）設(shè)備簡單、價(jià)廉:簡單的FIA 設(shè)備所占工作臺面積相當(dāng)于一臺英文打字

59、機(jī), 國產(chǎn)的自動(dòng)化FIA 儀器(不包括檢測器) 的價(jià)格僅幾千元。</p><p>　　近年來, 分析裝置的微型化已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究方向, 微流控芯片技術(shù)的發(fā)展因而也得到廣泛重視。微流控芯片是通過微細(xì)加工技術(shù)在芯片上構(gòu)建由儲液池、微反應(yīng)室、微管道等微功能元件構(gòu)成的微流路系統(tǒng), 加載生物樣品和反應(yīng)液后, 在壓力泵或者電場作用下形成微流路, 于芯片上進(jìn)行一種或連續(xù)多種的反應(yīng), 達(dá)到對樣品高通量快速分析的

60、目的。微流控分析芯片由于具有高度集成性, 可在一張芯片上完成采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測等多種功能[4] , 又被稱為微型全分析系統(tǒng)(Micro Total Analysis System ,μ—TAS)。微流控芯片技術(shù)建立以后, 經(jīng)過近十年的發(fā)展, 現(xiàn)已成為當(dāng)前世界上最前沿的科技領(lǐng)域之一。目前, 微流控芯片已廣泛用于生物醫(yī)學(xué)、高通量藥物合成與篩選、環(huán)境監(jiān)測、生物戰(zhàn)劑偵檢等眾多領(lǐng)域, </p><

61、p>　　微型全分析系統(tǒng)(Micro Total Analysis System, μ—TAS)是一個(gè)跨學(xué)科的新領(lǐng)域它涉及到分析化學(xué)微電機(jī)加工(MEMS) 計(jì)算機(jī)電子學(xué)材料學(xué)生物學(xué)及醫(yī)學(xué)等學(xué)科[13]，其最終目標(biāo)是在微芯片上實(shí)現(xiàn)化學(xué)全分析系統(tǒng)以取代常規(guī)分析實(shí)驗(yàn)室的所有功能成為近年來分析化學(xué)研究熱點(diǎn)。</p><p>　　近幾十年來隨著μ—TAS迅猛發(fā)展和應(yīng)用前景不斷擴(kuò)大μ—TAS在臨床檢驗(yàn)新藥合成與篩選生物醫(yī)

62、學(xué)中人類基因與疾病關(guān)系研究以及食品和商品檢驗(yàn)環(huán)境檢測刑事科學(xué)軍事科學(xué)及航天科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大潛力其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩綌U(kuò)大到涉及化學(xué)成分分析的所有方面，但在實(shí)際分析測試中特別是對環(huán)境科學(xué)生命科學(xué)生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的樣品分析經(jīng)常要求檢測mg/g 、ng/g 、pg/g 甚至更低含量的組分[14]。目前雖然有許多靈敏度很高的分析方法，但常由于存在基體效應(yīng)以及其它各種干擾而難以得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。采用適當(dāng)?shù)姆蛛x富集技術(shù)有可能獲得選擇性更高且準(zhǔn)確可靠的

63、分析結(jié)果所以對樣品進(jìn)行分離富集等預(yù)處理顯得尤為重要。</p><p>　　在μ—TAS中為了降低檢出線消除干擾組分以得到準(zhǔn)確可靠的分析結(jié)果，樣品的分離富集是必不可少的一步[15]。目前，除了電泳芯片外其它為系統(tǒng)中樣品的分離富集等預(yù)處理過程都是在微芯片外實(shí)現(xiàn)的，這難免會(huì)引起樣品的損失和污染等問題，同時(shí)也不利于微型分析系統(tǒng)集成化。因此，發(fā)展微芯片上樣品的分離與富集技術(shù)成為μ—TAS 迫在眉睫的任務(wù), 這也是μ—TAS

64、發(fā)展的必然趨勢[16 ]，這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)必將 μ—TAS 的發(fā)展推向一個(gè)更新更高的臺階。</p><p>　　1.3.2本論文的主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題旨在以亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍(lán)色化合物這一原理，使用新的試劑替代原有試劑，部分原有試劑用量的優(yōu)化，到達(dá)快速實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的目的。主要內(nèi)容包括：</p><p>　　(1)

65、探索水楊酸法檢測水體中氨氮含量所用各種試劑的條件，包括PH、顯色劑用量、反應(yīng)時(shí)間等。</p><p>　　(2)對探索出的新測定方法進(jìn)行確定，表征其穩(wěn)定性并用標(biāo)準(zhǔn)曲線法檢測水體中的氨氮，與國標(biāo)方法做對比總結(jié)其優(yōu)勢。</p><p>　　(3)用確定出的新測定方法運(yùn)用于微型光譜儀，肯定此法在微型光譜儀上的可行性。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)介紹&

66、lt;/b></p><p>　　2.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器</p><p>　　2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑：氫氧化鈉，二氯乙腈尿酸鈉，水楊酸鈉，檸檬酸三鈉，亞硝基鐵氰化鈉，氯化銨</p><p>　　2.1.2試劑配制：</p><p>　　顯色劑1：準(zhǔn)確稱取43.500g水楊酸鈉、0.375g亞硝基鐵氰化鈉、37.500g酒石酸鉀鈉于500ml容

67、量瓶中，加蒸餾水稀釋，搖勻，定容到刻度，待用。</p><p>　　顯色劑2：稱取33.000g氫氧化鈉、0.550g二氯異氰尿酸鈉粉末于燒杯中，用蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移至500ml容量瓶中，加水稀釋，搖勻，定容到刻度，待用。</p><p>　　氨氮標(biāo)準(zhǔn)液（0、0.075、0.150、0.300、0.500mg/L）：準(zhǔn)確稱取0.015g氯化銨末于燒杯中，加蒸餾水使之完全溶解，轉(zhuǎn)移至1000m

68、l容量瓶中，搖勻，定容到刻度，分別移取0.00、2.50、5.00、10.00、16.67ml至5個(gè)500ml容量瓶中，搖勻，定容到刻度。</p><p>　　2.1.3實(shí)驗(yàn)儀器：</p><p>　　超聲清洗器，ESJ60-4電子天平，876-1型真空干燥箱，恒溫箱（Merck），島津UV-2450紫外可見分光光度計(jì)，多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀（即微型光譜儀，重慶大學(xué)微系統(tǒng)中心研制）</p&

69、gt;<p>　　2.2水楊酸-次氯酸鈉法檢測氨氮的原理</p><p>　　國標(biāo)中氨氮含量的測定方法是在水樣中加入已知量的顯色液（水楊酸、氫氧化鈉和酒石酸鉀鈉混合液）和亞硝基鐵氰化鈉溶液，并在充分搖勻后，再加入定量的次氯酸鈉溶液，搖勻后靜置1h，在光程為10mm的比色皿于波長為697nm處測量吸光度。由測得吸光度減去空白吸光度得到校正吸光度后于標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出水樣中氨氮的含量。</p>

70、<p>　　本實(shí)驗(yàn)是利用如下原理：在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，在波長697nm處有最大吸收。</p><p>　　工作曲線法：工作曲線法又稱標(biāo)準(zhǔn)曲線法，它是實(shí)際工作中使用最多的一種定量方法。</p><p>　　工作曲線的繪制方法是：配制四個(gè)以上濃度不同的待測組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以空白溶液為參比溶液，在選定的波長下，分別測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度

71、。以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上繪制曲線。利用工作曲線計(jì)算試樣中被測組分的含量。</p><p>　　水體中氨氮的含量值要測定吸光度A697，然后進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)需要利用朗伯比爾定律進(jìn)行計(jì)算。朗伯-比爾定律為光被透明介質(zhì)吸收的比例與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，在光程上每等厚層介質(zhì)吸收相同比例值的光，光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。即A=εbc

72、。</p><p>　　根據(jù)朗伯-比爾定律，溶液的濃度與吸光度成正比，因此，我們可以用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液與吸光度做坐標(biāo)圖（吸光度為縱坐標(biāo)，其對應(yīng)的濃度值為橫坐標(biāo)），即可得到一條斜線，測出待測溶液的吸光度即可在該斜線上找出其相應(yīng)的濃度值。</p><p>　　2.3 快速顯色原理</p><p>　　顯色劑是一種將生化反應(yīng)后產(chǎn)生的復(fù)合物顯色以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊环N試劑。一

73、般又稱底物液。本實(shí)驗(yàn)中所用的水楊酸與氨和次氯酸鹽在堿性磷酸鹽緩沖溶渡中經(jīng)過加熱，顯色反應(yīng)生成翡翠綠顏色。想要達(dá)到快速顯色這一目的就需要從此反應(yīng)出發(fā)，加快該反應(yīng)達(dá)到平衡的速度。</p><p>　　首先，苯酚-次氯酸鹽分光光度法測定氨氮具有靈敏度高和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，由于水楊酸與苯酚相類似的結(jié)構(gòu)，還由于在苯環(huán)上引入了羧基，增加了藍(lán)色生成物在水中的溶解度，可使測定的靈敏度提高，并避免苯酚對實(shí)驗(yàn)室的污染，所以此法在氨氮測

74、定中被廣泛使用。而將其中的水楊酸顯酸性，體系顯色時(shí)為堿性，故將水楊酸改為水楊酸鈉，可以使體系快速達(dá)到堿性條件，加快其顯色速度。</p><p>　　其次，在上訴方法中限制反應(yīng)速度的一個(gè)原因是次氯酸鈉的穩(wěn)定性。次氯酸鈉容易分解，從而導(dǎo)致體系中有效的次氯酸鹽的濃度降低，反應(yīng)隨它的濃度下降而變慢，所以將方法中的次氯酸鈉用二氯異氰尿酸鈉來代替，使得體系中效的次氯酸鹽濃度能夠在長時(shí)間內(nèi)保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，即使反應(yīng)不會(huì)因體

75、系中有效的次氯酸鹽的濃度降低而變慢。</p><p>　　最后，硝普鈉是顯色反應(yīng)的催化劑，如無硝普鈉溶液放幾天也無顏色生成。當(dāng)硝普鈉加入量少時(shí)，試劑空白近于無色，隨硝普鈉加入量的增加，空白呈黃色，并逐漸加深，而且顯色溶液由藍(lán)色變綠色。所以硝普鈉的用量對顯色起到了十分重要的作用，通過對硝普鈉用量的探索，可以使顯色反應(yīng)達(dá)穩(wěn)定的速度再次提高。</p><p>　　通過上述幾個(gè)方面的共同作用，使氨

76、氮的檢測所用時(shí)間從傳統(tǒng)方法的90min左右提高到10min左右。為達(dá)到快速實(shí)時(shí)在線監(jiān)測水體中氨氮含量奠定了基石。</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)過程</b></p><p>　　3.1氨氮檢測條件實(shí)驗(yàn)</p><p>　　3.1.1PH對氨氮檢測結(jié)果的影響實(shí)驗(yàn)</p><p>　　pH值對氨氮顯色有明顯的影響。為

77、了驗(yàn)證PH是否能夠促進(jìn)氨氮體系顯色，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)，分別配制試劑（1）和試劑（2）。試劑（1）水楊酸鈉、酒石酸鉀鈉、亞硝基鐵氰化鈉（硝普鈉），試劑（2）二氯乙腈尿酸鈉。取3個(gè)10ml比色管，分別加入氨氮標(biāo)液2ml，依次加入試劑（1）0.2ml試劑（2）0.2ml，用氫氧化鈉分別調(diào)節(jié)三個(gè)比色管的ph為10、12、14，充分搖勻后放入30℃恒溫箱內(nèi)保溫，10min后在紫外光譜儀中進(jìn)行光譜掃描并記錄數(shù)據(jù)。</p><p&g

78、t;　　三組試液用光譜儀掃描，結(jié)果如圖2：</p><p>　　由上圖可看出，ph值對氨氮顯色是有影響的，而且當(dāng)ph為12時(shí)波峰最高，故確定實(shí)驗(yàn)環(huán)境PH為12。換算可知試劑（2）中應(yīng)氫氧化鈉的濃度應(yīng)為16.50g/L。</p><p>　　3.1.2二氯異氰尿酸鈉對氨氮檢測結(jié)果的影響實(shí)驗(yàn)</p><p>　　因?yàn)榇朔y定水體中氨氮含量的基本原理是：在亞硝基鐵氰化鈉存

79、在下，ph約為12的環(huán)境下，銨與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，在波長697nm處有最大吸收。所以次氯酸鈉的用量將同樣影響藍(lán)色化合物的生成。因?yàn)榇温人徕c十分容易分解，不能持續(xù)具有其有效作用，故本實(shí)驗(yàn)用二氯乙腈尿酸鈉代替體系中使用的次氯酸鈉，使得顯色反應(yīng)更加穩(wěn)定，所以設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)對二氯乙腈尿酸鈉的用量進(jìn)行探索。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下：</p><p>　　分別配制試劑（1）和試劑（2）。試劑（1）：水楊酸鈉、酒石酸鉀鈉

80、、亞硝基鐵氰化鈉（硝普鈉），試劑（2）：氫氧化鈉，取3個(gè)10ml比色管，分別加入氨氮標(biāo)液2ml，依次加入試劑（1）0.2ml試劑（2）0.2ml，分別向三個(gè)比色管中加入二氯乙腈尿酸鈉0.11 mg、0.22 mg、0.33mg，充分搖勻后放入30℃恒溫箱內(nèi)保溫，10min后在紫外光譜儀中進(jìn)行光譜掃描并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　三組試液用光譜儀掃描，結(jié)果如圖2：</p><p>　　由

81、上圖可知，體系二氯乙腈尿酸鈉的濃度為0.4167mmol/L時(shí)，吸光度最高且較穩(wěn)定。低于或高于此濃度，吸光度值均降低，故本實(shí)驗(yàn)擇用體系次氯酸鈉濃度為0.417mmol/L。</p><p>　　3.1.3 亞硝基鐵氰化鈉對氨氮檢測結(jié)果的影響實(shí)驗(yàn)</p><p>　　亞硝基鐵氰化鈉（硝普鈉）是顯色反應(yīng)的催化劑，如無亞硝基鐵氰化鈉溶液放幾天也無顏色生成。當(dāng)亞硝基鐵氰化鈉加入量少時(shí)，試劑空白近于

82、無色，隨硝普鈉加入量的增加，空白呈黃色，并逐漸加深，而且顯色溶液由藍(lán)色變綠色。故同樣對亞硝基鐵氰化鈉進(jìn)行其用量對氨氮檢測結(jié)果影響的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下：</p><p>　　分別配制試劑（1）和試劑（2）。試劑（1）：水楊酸鈉、酒石酸鉀鈉，試劑（2）：氫氧化鈉、二氯乙腈尿酸鈉，取3個(gè)10ml比色管，分別加入氨氮標(biāo)液2ml，依次加入試劑（1）0.2ml，分別向三個(gè)比色管中加入亞硝基鐵氰化鈉（硝普鈉）0.075mg、0

83、.150mg、0.300mg，試劑（2）0.2ml，充分搖勻后放入30℃恒溫箱內(nèi)保溫，10min后在紫外光譜儀中進(jìn)行光譜掃描并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　其光譜圖形如下（圖6到圖9）</p><p>　　結(jié)論：含有亞硝基鐵氰化鈉溶液的顯色劑對于空白試劑的吸光度無影響，而亞硝基鐵氰化鈉在體系中的濃度高或者低顯色效果都不理想，所以為降低空白值，本實(shí)驗(yàn)擇用體系亞硝基鐵氰化鈉的濃度為62.50

84、mg/L。</p><p>　　3.1.4 溫度實(shí)驗(yàn)</p><p>　　在濃度一定時(shí)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。原因?yàn)樵跐舛纫欢〞r(shí)，升高溫度，反應(yīng)物的分子能量增加，使一部分原來能量較低的變成活化分子。從而增加了反應(yīng)物的有效碰撞次數(shù)，因而增大了反應(yīng)速率。反之則減小。一般溫度每提高10℃，化學(xué)反應(yīng)速率增大到原來的2～4倍。因此溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素?；?/p>

85、于以上原因，溫度也就成為快速檢測方法的一個(gè)重要探究方面，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下：</p><p>　　分別配制試劑（1）和試劑（2）。試劑（1）：水楊酸鈉、酒石酸鉀鈉，試劑（2）：氫氧化鈉、二氯乙腈尿酸鈉、亞硝基鐵氰化鈉（硝普鈉），取3個(gè)10ml比色管，分別加入氨氮標(biāo)液2ml，依次加入試劑（1）0.2ml，試劑（2）0.2ml，充分搖勻后分別將三個(gè)比色管放入20℃、30℃、40℃恒溫箱內(nèi)保溫，10min后在紫外光譜儀中

86、進(jìn)行光譜掃描并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　結(jié)論：由實(shí)驗(yàn)可知，體系環(huán)境的溫度對其顯色過程有一定的影響，溫度越高其反應(yīng)過程也越快，所呈現(xiàn)的光譜圖也越好。但因?yàn)闇囟鹊挠绊懙男Ч⒉淮螅曰诙鄥?shù)水質(zhì)監(jiān)測儀對溫度的限制，選定體系最優(yōu)環(huán)境溫度為30℃。</p><p>　　3.2氨氮含量檢測速度實(shí)驗(yàn)</p><p>　　3.2.1國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定速度表征</p&

87、gt;<p>　　3.2.2改進(jìn)方法測定速度表征</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)方法能夠有效的提高顯色反應(yīng)達(dá)到平衡的速度。國家標(biāo)準(zhǔn)方法需要用時(shí)為90min，而改進(jìn)方法只需15min，縮短了83%的用時(shí)。</p><p><b>　　3.3壽命實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　3.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制</p>&

88、lt;p>　　3.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線再現(xiàn)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，探索出的新方法具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，在30d內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線變化為。該數(shù)據(jù)可以側(cè)面說明此方法所用藥品壽命在30d以上。因?qū)嶒?yàn)時(shí)間關(guān)系，沒有繼續(xù)探究其壽命最長時(shí)間。</p><p>　　3.4利用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀測定水樣中氨氮含量</p><p>　　3.4.1用微型光譜儀繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線</p&g

89、t;<p>　　3.4.2用微型光譜儀進(jìn)行氨氮測定</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，以改進(jìn)方法為檢測手段，檢測水樣中氨氮含量所得結(jié)果與同樣方法在島津UV-2450上所得數(shù)據(jù)偏差為。在允許范圍以內(nèi)，所以探究出的新方法在多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀上實(shí)現(xiàn)水體中氨氮快速實(shí)時(shí)在線監(jiān)測是可行的，達(dá)到了課題目的。</p><p><b>　　4 結(jié)果與討論</b

90、></p><p><b>　　4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　4.1.1氨氮含量測定條件優(yōu)化結(jié)果</p><p>　　氨氮含量測定條件優(yōu)化結(jié)果</p><p>　　4.1.2 五個(gè)指標(biāo)</p><p><b>　　島津UV-2450</b></p&g

91、t;<p><b>　　多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀</b></p><p><b>　　4.2討論部分</b></p><p>　　4.2.1氨氮快速測定法</p><p>　　Ph：實(shí)驗(yàn)前猜測將體系的Ph增大，可以縮短反應(yīng)時(shí)體系中Ph變化的時(shí)間以達(dá)到縮短整個(gè)顯色反應(yīng)的時(shí)間目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，體系中Ph的增大確實(shí)使在同

92、樣時(shí)間內(nèi)顯色反應(yīng)進(jìn)行更加完全。所以可認(rèn)為Ph增大是加快顯色反應(yīng)達(dá)平衡的原因之一，證明了猜測的正確。</p><p>　　二氯乙腈尿酸鈉：在實(shí)驗(yàn)過程中，常出現(xiàn)顯色劑壽命短的現(xiàn)象，表現(xiàn)為7-10d后所得標(biāo)準(zhǔn)曲線與之前所得標(biāo)準(zhǔn)曲線偏差大于10%，所以猜測是顯色劑中不穩(wěn)定的次氯酸鈉分解造成的。通過討論，解決這一方法的途徑是用二氯乙腈尿酸鈉代替次氯酸鈉，使體系中次氯酸鹽的濃度能夠在較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在有效范圍內(nèi)。通過實(shí)驗(yàn)可知，

93、將二氯乙腈尿酸鈉替代次氯酸鈉這一方法達(dá)到了實(shí)驗(yàn)前預(yù)期的目的，大大延長了顯色劑的壽命，證明了猜測的正確。</p><p>　　亞硝基鐵氰化鈉：通過對文獻(xiàn)的查閱，了解到亞硝基鐵氰化鈉在顯色過程中有重要的作用，它是反應(yīng)的催化劑，同時(shí)它還可以增強(qiáng)反應(yīng)平衡時(shí)的顏色，所以對亞硝基鐵氰化鈉進(jìn)行大膽假設(shè)：其濃度將影響顯色反應(yīng)全過程，濃度增加能夠加快顯色速度，加深所顯顏色。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一假設(shè)，不論是肉眼觀察其顏色還是光譜儀掃描

94、的結(jié)果都說明了其濃度對顯色反應(yīng)的影響。</p><p>　　溫度：在一定溫度范圍內(nèi)（一般指試劑中組分不發(fā)生熱分解），升高溫度可以加快反應(yīng)速度，故對溫度進(jìn)行探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也同樣說明隨溫度升高，反應(yīng)速度有所加快。再考慮到此方法運(yùn)用于多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀時(shí)，多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀對溫度有局限性，最高溫度只能為30℃，所以30℃被選擇為改進(jìn)方法的最優(yōu)溫度。</p><p>　　4.2.2氨氮含量檢測速度實(shí)驗(yàn)

95、</p><p>　　通過對影響氨氮快速檢測的因素的研究，最終得出一套改進(jìn)方法，基本認(rèn)為此法能夠加快氨氮檢測的速度，能夠在15min內(nèi)完成檢測工作。為了給此觀點(diǎn)提供有力證明，進(jìn)行了氨氮含量檢測速度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟?5min內(nèi)完成水體中氨氮含量的測定。</p><p>　　5 基于微型光譜儀快速在線檢測技術(shù)展望</p><p>　　基于微型光譜儀的氨氮

96、快速在線檢測技術(shù), 在環(huán)境和化學(xué)工程領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。從前面的文獻(xiàn)綜述可以看出:</p><p>　　5.1快速在線檢測技術(shù)</p><p>　　氨氮的測定方法種類較多．各有特點(diǎn)。納式試劑比色法是氨的經(jīng)典測定方法。但是易受水中懸浮物和有色離子的干擾，需要進(jìn)行預(yù)處理，并且使用的試劑毒性較大；蒸餾；滴定法適用于測定高濃度氨氮，但蒸餾分離耗電、耗水、耗時(shí)；電極法通常不需要對水樣進(jìn)行預(yù)處

97、理，其測量范圍寬、快速、靈敏，電極的使用壽命和穩(wěn)定性繼續(xù)增強(qiáng)是電極法發(fā)展推廣的重要條件；酶法具有簡便、快速、靈敏、準(zhǔn)確和干擾少的優(yōu)點(diǎn)，其對操作人員技術(shù)水平要求很高．且實(shí)驗(yàn)材料為生物制劑，不便于貯存使用、價(jià)格高；水楊酸-次氯酸鈉比色法具有靈敏、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。而氨氮是各類水域污染的主要污染物，月現(xiàn)代化儀器設(shè)備對氨氮進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)測定和排放監(jiān)控是今后環(huán)境監(jiān)測技術(shù)手段發(fā)展的方向。目前現(xiàn)代化科學(xué)儀器的發(fā)展方向是活體(in-live)、原

98、位(in-situ)、實(shí)時(shí)(in-time)、在線(on-line)。要求儀器小型化、人性化、易操作、易維護(hù)。結(jié)合我國自動(dòng)監(jiān)測儀器的種類和發(fā)展現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為從原理上講電極法不失為首選方法，但電極的壽命、穩(wěn)定性、可靠性等問題制約性太強(qiáng)，那么采用水楊酸-次氯酸鈉比色法的自動(dòng)監(jiān)測儀器必將迅速推廣普及。</p><p>　　快速檢測水中氨氮與國標(biāo)法的測定結(jié)果相一致，且具備以下特點(diǎn)：①快速簡便，國標(biāo)法需要3h至5h才能完成

99、液體試劑的配制，且顯色穩(wěn)定時(shí)間需90min，而該方法僅需將已混合好的液體試劑1和2加入比色管，10min后即可達(dá)到最大吸收并能穩(wěn)定3h，縮短了分析時(shí)間，特別適用于突發(fā)污染事故應(yīng)急監(jiān)測及野外現(xiàn)場測試；②抗干擾能力強(qiáng)，在一般的環(huán)境水質(zhì)條件下基本無干擾，可直接測定；③對操作人員專業(yè)技能要求不高，非專業(yè)人員可在短時(shí)間內(nèi)掌握，便于在基層推廣使用。</p><p><b>　　5.2微型光譜儀</b>&

100、lt;/p><p>　　光譜分析儀是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要檢測分析儀器，在軍事與民用領(lǐng)域均具有廣泛而重要的應(yīng)用需求，光譜分析儀器的微型化不僅是其二次開發(fā)的重要前提，而且也是現(xiàn)代科學(xué)儀器發(fā)展的重要趨勢，目前微型光譜儀更是在醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、航天航空以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用和巨大的市場需求，是物質(zhì)成分和質(zhì)量檢測的重要分析儀器。</p><p>　　光譜儀在現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)、食品安

101、全、生物醫(yī)藥、石油化工、環(huán)境監(jiān)測、航空航天等領(lǐng)域有廣泛而重要的應(yīng)用。特別是與其他分析技術(shù)相比，光譜檢測技術(shù)具有非接觸無損檢測、樣品不需預(yù)處理、能定性定量分析液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)樣品等突出優(yōu)勢，已成為軍事和民用領(lǐng)域中質(zhì)量控制、品質(zhì)檢測和在線分析的重要技術(shù)手段。</p><p>　　在水、氣、土壤等環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，光譜分析可以快速檢測環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)，以便及時(shí)獲取環(huán)境中對人體及其他生物有害的有機(jī)物無機(jī)物的含量信息，為環(huán)

102、境災(zāi)害的預(yù)警與防治提供有力的技術(shù)保障，如以色列研制的多用途農(nóng)業(yè)機(jī)器人和美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室 (ARL) 的無人控制地面車載環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，均采用了AOTF近紅外分析技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)的圖像識別。</p><p>　　傳統(tǒng)分析儀器因?yàn)轶w積大、功耗過高、不易攜帶，難以滿足儀器的二次開發(fā)和許多特殊實(shí)際環(huán)境的應(yīng)用需求，因此小體積、低功耗的便攜式微型光譜儀成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重要的發(fā)展趨勢。從光譜儀的工作波長上

103、來講，光譜儀主要分為紫外光譜儀，可見光光譜儀，近紅外光譜儀，中紅外光譜儀。當(dāng)然從光譜儀研究的技術(shù)角度，國際上微型光譜儀也可以按下列類型分類：基于傳統(tǒng)技術(shù)的光柵分光式和傅里葉變換式便攜式微型光譜儀、基于新原理的微型光譜儀、基于MOEMS技術(shù)的微型光譜儀。得到微型光譜儀的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。</p><p>　　隨著MOEMS技術(shù)的發(fā)展與日趨成熟，基于MOEMS技術(shù)的微型光譜儀已成為國內(nèi)外光譜儀的研發(fā)方向與主流。&l

104、t;/p><p>　　目前，越來越多的科研機(jī)構(gòu)和研究人員競相展開了MOEMS微型光譜儀的研制工作，研制基于不同機(jī)理的MOEMS微型光譜儀。在國外，德國夫朗合費(fèi)光學(xué)微系統(tǒng)研究所、開姆尼茲大學(xué)微技術(shù)中心、奧地利CTR Carinthian Tech Research AG、法國約瑟夫傅立葉大學(xué)天體物理實(shí)驗(yàn)室、特魯瓦理工大學(xué)、瑞士比爾工程學(xué)院與納沙泰爾大學(xué)微技術(shù)研究所的、美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校、科威特石油公司大學(xué)和美國Th