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??）在特定紫外波長的特征吸收特性，結(jié)合朗伯 - 比爾定律實現(xiàn)硝氮濃度的實時定量檢測，無需添加化學顯色試劑，具有響應(yīng)速度快、無二次污染的優(yōu)勢，廣泛用于污水廠、地表水、工業(yè)廢水等場景的硝氮在線監(jiān)測。以下是其工作原理的詳細介紹：

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"，具體分為兩個關(guān)鍵層面：

1. 基礎(chǔ)理論：朗伯-比爾定律

當一束特定波長的平行單色光穿過均勻的待測樣品時，光的吸收程度（吸光度 A）與樣品中待測物質(zhì)的濃度（c）、光穿過樣品的路徑長度（比色皿厚度，b）成正比，公式如下：

A = ε × b × c

• A（吸光度）：光穿過樣品后被吸收的程度，由儀器檢測器測量；

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

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

• c（濃度）：待測樣品中硝氮的濃度（最終需計算的目標值）。

由于 ε 和 b 為已知固定值，因此只需測量吸光度 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，會在220nm 紫外波長處產(chǎn)生強烈的特征吸收（主吸收峰），這是 UV 法檢測硝氮的 “識別標志"。

但實際水樣中存在的溶解性有機物（如腐殖酸、蛋白質(zhì)） 也會在 220nm 波長處產(chǎn)生吸收，導致吸光度測量值偏高，進而造成硝氮濃度檢測結(jié)果虛高。為消除該干擾，UV 法在線硝氮儀普遍采用雙波長校正技術(shù)：

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

• 最終用于計算硝氮濃度的 “有效吸光度" 為：A 有效 = A??? - 2×A???（系數(shù) “2" 是基于大量實驗得出的有機物吸收規(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)測邏輯）

在線儀器區(qū)別于實驗室儀器的核心是“自動化、連續(xù)性"，其工作流程圍繞“樣品處理→光信號檢測→數(shù)據(jù)計算→結(jié)果輸出" 的閉環(huán)展開，具體步驟如下：

1. 樣品預處理（保證檢測準確性的前提）

實際水樣（如污水廠出水、地表水）中可能含有懸浮物、油類、高濃度有機物等干擾物質(zhì)，需通過預處理模塊去除：

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

2. 樣品進樣與光路檢測（核心檢測環(huán)節(jié)）

預處理后的水樣進入儀器的 “檢測單元"，完成光信號的發(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)），同時發(fā)射 220nm 和 275nm 的單色光（通過單色器篩選特定波長，避免雜光干擾）；

光穿過樣品：單色光垂直穿過固定厚度的石英比色皿（石英材質(zhì)可透過紫外光，玻璃會吸收紫外光，無法使用），水樣中的硝酸根離子吸收 220nm 光，有機物同時吸收 220nm 和 275nm 光；

光信號轉(zhuǎn)換：比色皿另一側(cè)的紫外檢測器（如光電二極管、光電倍增管）將穿過樣品的 “剩余光信號" 轉(zhuǎn)換為電信號（電流 / 電壓），電信號強度與 “剩余光強" 成正比，進而可計算出吸光度 A???和 A???。

3. 數(shù)據(jù)處理與濃度計算（自動化運算）

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

先將檢測器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為吸光度（A???和 A???）；

按公式計算 “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），反向計算出硝氮濃度：c = A 有效 / (ε×b)；

若儀器內(nèi)置 “校準曲線"（通過標準硝氮溶液預先標定），會進一步修正計算結(jié)果，確保精度（如消除比色皿污染、光源微小衰減帶來的誤差）。

4. 結(jié)果輸出

結(jié)果輸出：檢測到的硝氮濃度（單位通常為 mg/L）會實時顯示在儀器屏幕上，同時通過 4-20mA 電流信號、RS485 通訊等方式傳輸至中控系統(tǒng)（如 PLC、SCADA），支持數(shù)據(jù)存儲、曲線繪制、超標報警（如濃度超過預設(shè)閾值時觸發(fā)聲光報警）。

綜上所述，UV法在線硝氮儀通過“紫外特征吸收+雙波長干擾校正+自動化流程"，實現(xiàn)了硝氮濃度的快速、實時、無試劑監(jiān)測。