UV法在線硝氮儀的工作原理介紹

UV 法（紫外分光光度法）在線硝氮儀的核心工作原理是利用硝酸根離子（NO??）在特定紫外波長(zhǎng)的特征吸收特性，結(jié)合朗伯 - 比爾定律實(shí)現(xiàn)硝氮濃度的實(shí)時(shí)定量檢測(cè)，無(wú)需添加化學(xué)顯色試劑，具有響應(yīng)速度快、無(wú)二次污染的優(yōu)勢(shì)，廣泛用于污水廠、地表水、工業(yè)廢水等場(chǎng)景的硝氮在線監(jiān)測(cè)。以下是其工作原理的詳細(xì)介紹：

一、核心原理：朗伯-比爾定律+硝氮的紫外吸收特性

UV 法在線硝氮儀的檢測(cè)邏輯，本質(zhì)是“光的吸收與物質(zhì)濃度的定量關(guān)系"，具體分為兩個(gè)關(guān)鍵層面：

1. 基礎(chǔ)理論：朗伯-比爾定律

當(dāng)一束特定波長(zhǎng)的平行單色光穿過(guò)均勻的待測(cè)樣品時(shí)，光的吸收程度（吸光度 A）與樣品中待測(cè)物質(zhì)的濃度（c）、光穿過(guò)樣品的路徑長(zhǎng)度（比色皿厚度，b）成正比，公式如下：

A = ε × b × c

• A（吸光度）：光穿過(guò)樣品后被吸收的程度，由儀器檢測(cè)器測(cè)量；

• ε（摩爾吸光系數(shù)）：特定物質(zhì)在特定波長(zhǎng)下的固有屬性（硝氮在 220nm 波長(zhǎng)下的 ε 為定值）；

• b（光程長(zhǎng)度）：在線儀器中比色皿的固定厚度（如 10mm、20mm，出廠后不變）；

• c（濃度）：待測(cè)樣品中硝氮的濃度（最終需計(jì)算的目標(biāo)值）。

由于 ε 和 b 為已知固定值，因此只需測(cè)量吸光度 A，即可反向推算出硝氮濃度 c，這是 UV 法定量的核心依據(jù)。

2. 關(guān)鍵特性：硝氮的紫外吸收峰與干擾校正

硝酸根離子（NO??）的分子結(jié)構(gòu)中，存在共軛電子體系，會(huì)在220nm 紫外波長(zhǎng)處產(chǎn)生強(qiáng)烈的特征吸收（主吸收峰），這是 UV 法檢測(cè)硝氮的 “識(shí)別標(biāo)志"。

但實(shí)際水樣中存在的溶解性有機(jī)物（如腐殖酸、蛋白質(zhì)） 也會(huì)在 220nm 波長(zhǎng)處產(chǎn)生吸收，導(dǎo)致吸光度測(cè)量值偏高，進(jìn)而造成硝氮濃度檢測(cè)結(jié)果虛高。為消除該干擾，UV 法在線硝氮儀普遍采用雙波長(zhǎng)校正技術(shù)：

• 選擇275nm 紫外波長(zhǎng)作為 “干擾校正峰"：溶解性有機(jī)物在 275nm 處仍有吸收，但硝酸根離子在 275nm 處幾乎無(wú)吸收（吸光度接近 0）；

• 最終用于計(jì)算硝氮濃度的 “有效吸光度" 為：A 有效 = A??? - 2×A???（系數(shù) “2" 是基于大量實(shí)驗(yàn)得出的有機(jī)物吸收規(guī)律，可抵消干擾）。

二

、UV法在線硝氮儀的完整工作流程（在線監(jiān)測(cè)邏輯）

在線儀器區(qū)別于實(shí)驗(yàn)室儀器的核心是“自動(dòng)化、連續(xù)性"，其工作流程圍繞“樣品處理→光信號(hào)檢測(cè)→數(shù)據(jù)計(jì)算→結(jié)果輸出" 的閉環(huán)展開(kāi)，具體步驟如下：

1. 樣品預(yù)處理（保證檢測(cè)準(zhǔn)確性的前提）

實(shí)際水樣（如污水廠出水、地表水）中可能含有懸浮物、油類、高濃度有機(jī)物等干擾物質(zhì)，需通過(guò)預(yù)處理模塊去除：

過(guò)濾：采用內(nèi)置濾膜（孔徑通常為 0.45μm 或 1μm）過(guò)濾水樣，去除懸浮物（避免散射光干擾吸光度測(cè)量）；

2. 樣品進(jìn)樣與光路檢測(cè)（核心檢測(cè)環(huán)節(jié)）

預(yù)處理后的水樣進(jìn)入儀器的 “檢測(cè)單元"，完成光信號(hào)的發(fā)射、吸收與接收：

光源激發(fā)：儀器內(nèi)置紫外光源（通常為氘燈，可覆蓋 200-400nm 紫外區(qū)），同時(shí)發(fā)射 220nm 和 275nm 的單色光（通過(guò)單色器篩選特定波長(zhǎng)，避免雜光干擾）；

光穿過(guò)樣品：?jiǎn)紊獯怪贝┻^(guò)固定厚度的石英比色皿（石英材質(zhì)可透過(guò)紫外光，玻璃會(huì)吸收紫外光，無(wú)法使用），水樣中的硝酸根離子吸收 220nm 光，有機(jī)物同時(shí)吸收 220nm 和 275nm 光；

光信號(hào)轉(zhuǎn)換：比色皿另一側(cè)的紫外檢測(cè)器（如光電二極管、光電倍增管）將穿過(guò)樣品的 “剩余光信號(hào)" 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電流 / 電壓），電信號(hào)強(qiáng)度與 “剩余光強(qiáng)" 成正比，進(jìn)而可計(jì)算出吸光度 A???和 A???。

3. 數(shù)據(jù)處理與濃度計(jì)算（自動(dòng)化運(yùn)算）

儀器的核心控制單元（CPU）根據(jù)預(yù)設(shè)算法完成數(shù)據(jù)處理：

先將檢測(cè)器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為吸光度（A???和 A???）；

按公式計(jì)算 “有效吸光度"：A 有效 = A??? - 2×A???；

結(jié)合朗伯 - 比爾定律（已知 ε 和 b），反向計(jì)算出硝氮濃度：c = A 有效 / (ε×b)；

若儀器內(nèi)置 “校準(zhǔn)曲線"（通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硝氮溶液預(yù)先標(biāo)定），會(huì)進(jìn)一步修正計(jì)算結(jié)果，確保精度（如消除比色皿污染、光源微小衰減帶來(lái)的誤差）。

4. 結(jié)果輸出

結(jié)果輸出：檢測(cè)到的硝氮濃度（單位通常為 mg/L）會(huì)實(shí)時(shí)顯示在儀器屏幕上，同時(shí)通過(guò) 4-20mA 電流信號(hào)、RS485 通訊等方式傳輸至中控系統(tǒng)（如 PLC、SCADA），支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、曲線繪制、超標(biāo)報(bào)警（如濃度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警）。

綜上所述，UV法在線硝氮儀通過(guò)“紫外特征吸收+雙波長(zhǎng)干擾校正+自動(dòng)化流程"，實(shí)現(xiàn)了硝氮濃度的快速、實(shí)時(shí)、無(wú)試劑監(jiān)測(cè)。