CN103983597A - 一种总氮和总磷的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种总氮和总磷的检测方法及系统，该检测方法包括：在碱性、密闭的环境下对加入了过硫酸钾的水样进行加热，加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样在125-250℃下继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样，避免了高温碱性环境对测试器皿的腐蚀，且125-250℃的高温加快了水样的消解过程，然后利用现有的紫外分光光度法确定总氮含量，接着在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。这样，在水样消解完毕后可以做到总氮和总磷的顺序检测，无需二次消解水样，进一步加快了检测时间，提高了检测效率。

Description

一种总氮和总磷的检测方法及系统

技术领域

本申请涉及水样检测技术领域，更具体地说，涉及一种总氮和总磷的检测方法及系统。

背景技术

总氮包括硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等无机氮和蛋白质、氨基酸、核糖核酸、酶和有机胺等有机氮。总氮含量是衡量水质的重要指标之一，常被用来表示水体受营养物质污染的程度，是环境水检测的主要项目之一。总磷包括元素磷、正磷酸盐、缩合硫酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等。其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等。过量的磷将会造成水体污秽异臭，使得湖泊发生富营养化以及海湾出现赤潮等现象。因此，对总氮和总磷的检测是非常必要的。

现有的水样检测方法，对总氮和总磷两个参数的检测是分离进行的，其中总氮检测时，先对水样在120-124℃的碱性过硫酸钾条件下进行消解，消解完成后再进行检测。而总磷的检测也需要在120-124℃单纯的过硫酸钾条件下进行消解，消解完成后再配合其它试剂进行总磷检测。总氮的消解过程需要30分钟左右，而总磷的消解过程也需要30分钟左右，因此若要检测水样中的总氮和总磷含量，两个独立的消解过程将会耗费一个小时左右，大大降低了检测效率。并且，现有的总氮检测过程中所使用的检测池一般采用石英玻璃制成，而现有技术所采用的高温碱性环境会加速对石英玻璃的腐蚀速度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种总氮和总磷的检测方法及系统，用于快速、高效的对水样中的总氮和总磷进行检测。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种总氮和总磷的检测方法，包括：

将加入过硫酸钾的水样在碱性、密闭环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟；

改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中总氮的含量；

在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。

优选的，还包括：

读取水样的浊度值，依据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。

优选的，在利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中的总氮的含量之前，还包括：

在消解完全的水样中加入调节液，将密闭、碱性环境下消解产生的碱性含氮气体重新溶于水中。

优选的，所述利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中总氮的含量，具体为：

利用紫外分光光度法测量波长为220nm和275nm处的吸光度A₂₂₀和A₂₇₅，计算吸光度A＝A₂₂₀-2A₂₇₅，根据吸光度A计算水样中总氮的含量。

优选的，所述利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量，具体为：

利用钼酸铵分光光度法测量波长位于680nm至900nm之间的某一光波的吸光度，根据测量得到的吸光度计算水样中总磷的含量。

优选的，所述将加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟，具体为：

将加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到90℃进行消解2分钟；

所述改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，具体为：

改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到175℃，继续消解2分钟。

一种总氮和总磷的检测系统，包括：光源、第一光学镜片和第二光学镜片、消解检测一体装置、动力系统和检测器，其中，

所述消解检测一体装置用于供水样进行消解及检测，所述消解过程包括：加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

所述第一光学镜片位于所述光源和所述消解检测一体装置之间，所述第二光学镜片位于所述消解检测一体装置和所述检测器之间，所述第一光学镜片和所述第二光学镜片用于调整光路的聚焦与平行；

所述动力系统用于将水样及试剂打入所述消解检测一体装置；

所述检测器用于根据经过所述第二光学镜片后的光波进行总氮和总磷含量的检测。

优选的，所述消解检测一体装置为采用耐高压高温石英玻璃制成，且通过密封装置进行密封处理。

优选的，所述检测器为高灵敏度检测器，具体为电耦合元件CCD线阵检测器。

优选的，还包括：标准光源，用于校正所述检测器。

优选的，所述检测器还用于检测水样的浊度，并根据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的总氮和总磷的检测方法，通过在碱性、密闭的环境下对加入了过硫酸钾的水样进行加热，加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样在125-250℃下继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样，这样避免了高温碱性环境对测试器皿的腐蚀，且125-250℃的高温加快了水样的消解过程，然后利用现有的紫外分光光度法确定总氮含量，接着在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。这样，对水样消解完毕后可以做到总氮和总磷的顺序检测，无需再次消解水样，进一步加快了检测时间，提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例公开的一种总氮和总磷的检测方法流程图；

图2为本申请实施例公开的一种总氮和总磷的检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例公开的一种总氮和总磷的检测方法流程图。

如图1所示，该检测方法包括：

步骤101：将加入过硫酸钾的水样在碱性、密闭环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟；

具体地，在密闭条件下，碱性环境更加有利于过硫酸钾的反应。过硫酸钾与水样中的含氮物质反应转化为硝酸盐氮，与水样中的含磷物质反应转化为正磷酸盐。本申请选择在70—110℃的碱性环境下进行初步消解，比现有方法使用的温度更低，使得碱性环境对测试器皿的腐蚀更小。

步骤102：改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

具体地，在将水样加热到125-250℃的高温环境之前，先改变水样的PH值，使得水样处于酸性环境，防止高温、碱性环境腐蚀测试器皿。在125-250℃的高温条件下，经过初步消解所剩余的过硫酸钾更快的与水样反应，消解完毕。

经过步骤101和步骤102的两次消解，总共用时不到20分钟，大大缩短了水样消解的时间。

步骤103：利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中总氮的含量；

具体地，采用紫外分光光度法测量波长为220nm和275nm处的吸光度A₂₂₀和A₂₇₅，计算吸光度A＝A₂₂₀-2A₂₇₅，根据吸光度A计算水样中总氮的含量。

步骤104：在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。

具体地，酸性条件下，钼酸铵与正磷酸盐经过反应，生成特殊络合物，该络合物的颜色与浓度成函数关系。利用钼酸铵分光光度法可以确定水样中总磷的含量。即，测量波长位于680nm-900nm之间的某一光波的吸光度，如测量波长为700nm的光波的吸光度，然后根据该吸光度计算水样中总磷的含量。

本申请实施例公开的总氮和总磷的检测方法，通过在碱性、密闭的环境下对加入了过硫酸钾的水样进行加热，加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样在125-250℃下继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样，这样避免了高温碱性环境对测试器皿的腐蚀，且125-250℃的高温加快了水样的消解过程，然后利用现有的紫外分光光度法确定总氮含量，接着在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。这样，对水样消解完毕后可以做到总氮和总磷的顺序检测，无需再次消解水样，进一步加快了检测时间，提高了检测效率。

下面我们通过一组实验来对上述检测过程进行详细介绍：

(1)、我们选取10ml含氮0.01mg、含磷0.005mg的水样，加入过硫酸钾0.02g并调整水样为碱性环境。然后在密闭的反应装置内通过加热丝加热到90℃进行消解2分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到175℃，继续消解2分钟即可得到完全消解的水样。

在改变水样的PH值至酸性环境的过程中，可以通过加入盐酸或硫酸等方式来调整PH值。

水样消解完毕后，利用光源照射水样，通过检测器来接收透射的光信号，并利用紫外分光光度法来计算消解完毕的水样中总氮的含量，总氮含量为1.0mg/L。

总氮含量确定完毕后，我们在水样中继续加入钼酸铵试剂0.026mg，然后利用钼酸铵分光光度法计算水样中总磷的含量，总磷含量为0.5mg/L。

(2)、我们选取10ml含氮0.01mg、含磷0.005mg的水样，加入过硫酸钾0.02g并调整水样为碱性环境。然后在密闭的反应装置内通过加热丝加热到70℃进行消解5分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到180℃，继续消解2分钟即可得到完全消解的水样。

在改变水样的PH值至酸性环境的过程中，可以通过加入盐酸或硫酸等方式来调整PH值。

水样消解完毕后，利用光源照射水样，通过检测器来接收透射的光信号，并利用紫外分光光度法来计算消解完毕的水样中总氮的含量，总氮含量为1.0mg/L。

总氮含量确定完毕后，我们在水样中继续加入钼酸铵试剂0.026mg，然后利用钼酸铵分光光度法计算水样中总磷的含量，总磷含量为0.5mg/L。

(3)、我们选取10ml含氮0.01mg、含磷0.005mg的水样，加入过硫酸钾0.02g并调整水样为碱性环境。然后在密闭的反应装置内通过加热丝加热到100℃进行消解2分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到160℃，继续消解4分钟即可得到完全消解的水样。

在改变水样的PH值至酸性环境的过程中，可以通过加入盐酸或硫酸等方式来调整PH值。

水样消解完毕后，利用光源照射水样，通过检测器来接收透射的光信号，并利用紫外分光光度法来计算消解完毕的水样中总氮的含量，总氮含量为1.0mg/L。

总氮含量确定完毕后，我们在水样中继续加入钼酸铵试剂0.026mg，然后利用钼酸铵分光光度法计算水样中总磷的含量，总磷含量为0.5mg/L。

通过上述几组实验数据可知，碱性环境下的初步消解温度与酸性环境下的高温消解温度会影响整个消解过程的总时间。一般，我们选择将加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到90℃进行消解2分钟，改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到175℃，继续消解2分钟。这样温度选择即考虑到消解速度又考虑到反应器皿的承受力，是一种比较折中的方式。

实施例二

考虑到水样选择的多样性，不同的水样其浑浊度不同。而浑浊度又会进一步影响测量结果的准确性。我们进一步增加下述步骤：

读取水样的浊度值，依据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。

具体地，光线投射过水样后，可以通过对几个特殊的波长读取浊度值，绘制成水样的浊度曲线，然后参考预先统计的浊度值与总氮、总磷含量影响值之间的对应关系，对确定的总氮和总磷含量进行浊度补偿。

实施例三

另外，需要注意的是，由于总氮物质中包含游离性的氨氮，其在碱性环境下高浓度氨氮溶液以氨气的形式挥发出去，造成总氮测试浓度偏小。因此，本申请采用密闭环境，在消解完全的水样中加入调节液，将反应装置中碱性含氮气体重新溶于水中，更加准确的测试出总氮的结果。

除此之外，本申请的检测方法，除了对总氮和总磷的检测，还可以通过调整试剂来对其它参数进行检测，例如：总铁、总锰、总镍等一些常规参数。

实施例四

参见图2，图2为本申请实施例公开的一种总氮和总磷的检测系统结构示意图。

如图2所示，该系统包括：

光源21、第一和第二光学镜片22、消解检测一体装置23、动力系统24以及检测器25，其中：

光源21是复合光，波长从200-1100nm。

所述消解检测一体装置23用于供水样进行消解及检测，该消解过程包括：加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样。

具体地，消解检测一体装置23是耐高温高压的石英玻璃制成，具体的可以是钢化石英玻璃，并且通过密封装置进行密封处理，这里的密封装置可以是电磁阀。消解检测一体装置23可以承受很高的压强，足以支持内部的水样加热到250℃以上，而不会产生损坏。

此外，由于总氮物质中包含游离性的氨氮，其在碱性环境下高浓度氨氮溶液以氨气的形式挥发出去，造成总氮测试浓度偏小。因此，本申请采用密闭环境，在消解完全的水样中加入调节液，将反应装置中以氨气存在的总氮重新溶于水中，更加准确的测试出总氮的结果。

与消解检测一体装置23相连的有动力系统24，该动力系统24用于将水样及所用到的所有试剂打入所述消解检测一体装置23内。

第一光学镜片22位于所述光源21和所述消解检测一体装置23之间，第二光学镜片22位于所述消解检测一体装置23和所述检测器25之间。第一和第二光学镜片22均是用于调整光路的聚焦与平行。

检测器25用于根据经过所述第二光学镜片22后的光波进行总氮和总磷含量的检测。

具体地，检测器25可以为高灵敏度检测器，如电耦合元件CCD线阵检测器。其随温度的波动较小，每上升1℃，仅漂移0.1个像素。

本申请实施例公开的总氮和总磷的检测系统，通过在碱性、密闭的环境下对加入了过硫酸钾的水样进行加热，加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样在125-250℃下继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样，这样避免了高温碱性环境对测试器皿的腐蚀，且125-250℃的高温加快了水样的消解过程，然后利用现有的紫外分光光度法确定总氮含量，接着在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。这样，对水样消解完毕后可以做到总氮和总磷的顺序检测，无需再次消解水样，进一步加快了检测时间，提高了检测效率。

使用上述检测系统的过程可以参考下述步骤：

第一，将样品及试剂依靠动力系统24打入消解检测一体装置23；

第二，将检测一体装置23内的水样加热到70—110℃，在碱性环境下消解1-10分钟，然后改变水样的PH值，调节至酸性环境后，继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

第三，打开光源21，由检测器25读取透射光信号，并计算总氮含量；

第四，向检测一体装置23内加入钼酸铵试剂，然后再次由检测器25读取透射光信号，计算总磷含量。

由于检测器25使用一定时间后或者受到外界影响较大时，其波长受到偏移，继续使用将会影响测量精度。为此，我们在系统中增加一个标准光源，由标准光源来校正检测器25。该标准光源可以选用汞灯，其寿命长、光源稳定。校正步骤参考如下：

1、关闭检测光源21，打开标准光源，即汞灯；

2、检测器25读取汞灯信号，以汞灯紫外区最强的吸收峰253.65nm为参考进行自动校准；

3、根据汞灯提供的参考值进行自动调整系数，校准完成。

进一步，本申请提供的检测系统除了对总氮和总磷的检测，还可以通过调整试剂来对其它参数进行检测，例如：总铁、总锰、总镍等一些常规参数。无需改变系统的结构。

更进一步的，考虑到水样选择的多样性，不同的水样其浑浊度不同。而浑浊度又会进一步影响测量结果的准确性。本申请的检测器25还具备浊度补偿功能，具体地：

检测器25读取水样的浊度值，依据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。

光线投射过水样后，可以通过对几个特殊的波长读取浊度值，绘制成水样的浊度曲线，然后参考预先统计的浊度值与总氮、总磷含量影响值之间的对应关系，对确定的总氮和总磷含量进行浊度补偿。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种总氮和总磷的检测方法，其特征在于，包括：

将加入过硫酸钾的水样在碱性、密闭环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟；

改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中总氮的含量；

在消解完全的水样中加入钼酸铵试剂，利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，还包括：

读取水样的浊度值，依据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中的总氮的含量之前，还包括：

在消解完全的水样中加入调节液，将密闭、碱性环境下消解产生的碱性含氮气体重新溶于水中。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述利用紫外分光光度法确定消解完全的水样中总氮的含量，具体为：

利用紫外分光光度法测量波长为220nm和275nm处的吸光度A₂₂₀和A₂₇₅，计算吸光度A＝A₂₂₀-2A₂₇₅，根据吸光度A计算水样中总氮的含量。

5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述利用钼酸铵分光光度法确定水样中总磷的含量，具体为：

利用钼酸铵分光光度法测量波长位于680nm至900nm之间的某一光波的吸光度，根据测量得到的吸光度计算水样中总磷的含量。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述将加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟，具体为：

将加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到90℃进行消解2分钟；

所述改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，具体为：

改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到175℃，继续消解2分钟。

7.一种总氮和总磷的检测系统，其特征在于，包括：光源、第一光学镜片和第二光学镜片、消解检测一体装置、动力系统和检测器，其中，

所述消解检测一体装置用于供水样进行消解及检测，所述消解过程包括：加入过硫酸钾的水样在碱性环境下加热到70—110℃进行消解1-10分钟，然后改变水样的PH值至酸性环境，将水样继续加热到125-250℃，继续消解1-10分钟，得到消解完全的水样；

所述第一光学镜片位于所述光源和所述消解检测一体装置之间，所述第二光学镜片位于所述消解检测一体装置和所述检测器之间，所述第一光学镜片和所述第二光学镜片用于调整光路的聚焦与平行；

所述动力系统用于将水样及试剂打入所述消解检测一体装置；

所述检测器用于根据经过所述第二光学镜片后的光波进行总氮和总磷含量的检测。

8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述消解检测一体装置为采用耐高压高温石英玻璃制成，且通过密封装置进行密封处理。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述检测器为高灵敏度检测器，具体为电耦合元件CCD线阵检测器。

10.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，还包括：标准光源，用于校正所述检测器。

11.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述检测器还用于检测水样的浊度，并根据预设对应关系，对总氮和总磷的含量进行浊度补偿。