CN108663323A - 一种水质总氮含量的检测及相关设备 - Google Patents

一种水质总氮含量的检测及相关设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种水质总氮含量的检测方法及相关设备，其中方法包括：使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐；使用间苯二酚与所述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量。本申请实施例可以用于总氮检测装置，简单准确地测得水质总氮含量，降低测量成本。

Description

一种水质总氮含量的检测及相关设备
技术领域
本申请涉及水质监测领域，具体涉及一种水质总氮含量的检测方法及相关设备。
背景技术
水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。而随着含有大量氮的生活污水的排放，大量有机物在水中降解，最终可能破坏生态平衡。因此需要对水质进行监控，对水中氮的含量进行检测。
但是现有的消解和测量水样中总氮含量的装置和方法，需要使用氙灯或者氘灯等紫外光源或紫外分光检测系统，这样的光电检测系统结构复杂，价格昂贵；或者使用连续流动分析仪和流动注射分析仪进行检测，这种设备不适合安装在总氮检测装置如总氮在线监测仪上使用，也增加了很多检测成本，可见一般的总氮检测装置不适用于总氮在线监测仪，并且结构较复杂，成本昂贵。
发明内容
本申请实施例提供了一种水质总氮含量的检测方法及相关设备，可以简单准确地测得水质总氮含量，降低测量成本。
本申请实施例第一方面提供一种水质总氮含量的检测方法，应用于总氮检测装置，包括：
使用硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐；
使用间苯二酚与所述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量。
在一种可选的实施方式中，所述使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量包括：
以发光二极管作为光源检测透色光强，确定所述显色溶液的总氮含量。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
在采集时间采集满足剂量阈值的所述待测水样，
或者，在接收到检测指令的情况下采集所述待测水样。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
生成水质检测报告，所述水质监测报告包含所述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
本申请实施例第二方面提供一种总氮检测装置，包括：反应测量模块和检测模块，其中：
所述反应测量模块，用于使用硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，以及用于使用间苯二酚与所述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
所述检测模块，用于使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量。
在一种可选的实施方式中，所述检测模块具体用于：
以发光二极管作为光源检测透色光强，确定所述显色溶液的总氮含量。
在一种可选的实施方式中，所述总氮检测装置还包括采集模块，用于：
在采集时间采集满足剂量阈值的所述待测水样，
或者，在接收到检测指令的情况下采集所述待测水样。
在一种可选的实施方式中，所述总氮检测装置还包括：
生成模块，用于生成水质检测报告，所述水质监测报告包含所述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
本申请实施例第三方面提供另一种总氮检测装置，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置成由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如本申请实施例第一方面任一方法中所描述的部分或全部步骤。
本申请实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如本申请实施例第一方面任一方法中所描述的部分或全部步骤。
本申请实施例中，可以使用硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，再使用间苯二酚与硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液，最后通过分光光度法测得水质总氮含量，不需要使用紫外分光检测系统或者连续流动分析仪等昂贵的仪器，并且可以更好地适用于总氮在线监测仪，可以降低总氮检测的成本。
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。
图1是本申请实施例公开的一种水质总氮含量的检测方法的流程示意图；
图2是本申请实施例公开的另一种水质总氮含量的检测方法的流程示意图；
图3是本申请实施例公开的一种总氮检测装置的结构示意图；
图4是本申请实施例公开的另一种总氮检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请实施例所涉及到的总氮检测装置可以为可以连入互联网的终端设备。
本申请实施例中提到的总氮(TN)，定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，总氮的包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮，和蛋白质、氨基酸、有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算，常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
下面对本申请实施例进行详细介绍。
请参阅图1，图1是本申请实施例公开的一种水质总氮含量的检测方法的流程示意图，如图1所示，该水质总氮含量的检测方法包括如下步骤：
101、使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐。
在进行环境样品(水样、土壤样品、固体废弃物和大气采样时截留下来的颗粒物等)中的无机元素的测定时，需要对环境样品进行消解处理。消解处理的作用是破坏有机物、溶解颗粒物，并将各种价态的待测元素氧化成单一高价态或转换成易于分解的无机化合物。
在密闭的高温高压下，待测水样中各种形态的氮化合物可以经过过硫酸钾K2S2O8氧化消解得到硝酸盐。其中氨氮、亚硝酸盐可以氮氧化成硝酸盐，同时大部分有机氮化合物氧化成硝酸盐。
102、使用间苯二酚与上述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液。
本申请实施例中提到的浓硫酸H2SO4俗称坏水，是一种具有高腐蚀性的强矿物酸，浓硫酸指质量分数大于或等于70％的硫酸溶液。浓硫酸在浓度高时具有强氧化性，这是它与稀硫酸最大的区别之一，同时它还具有脱水性，强腐蚀性，难挥发性，酸性，吸水性等。
硝化反应是向有机物分子中引入硝基(-NO2)的反应过程。上述间苯二酚与上述硝酸盐发生硝化反应也可以理解为，间苯二酚与硝酸根离子发生络合反应。络合(Complexation)是电子对给予体与电子接受体，互相作用而形成各种络合物的过程。给予体有原子或离子，不论构成单质或化合物，凡能提供电子对的物质，接受体有金属离子和有机化合物。分子或者离子与金属离子结合，形成很稳定的新的离子的过程就叫络合反应，也成配位反应。
间苯二酚也可以称1，3-苯二酚，间二苯酚，R-80等，在酸性条件下(可以为浓硫酸环境)，待测水样中的硝酸根离子可以与间苯二酚发生上述络合反应，生成淡黄色络合物，络合物又称配位化合物。此时溶液也可以呈黄色，将其称为显色溶液。在得到上述显色溶液后，可以执行步骤103。
103、使用分光光度法测得上述显色溶液的总氮含量。
许多物质的溶液具有颜色，有色溶液所呈现的颜色是由于溶液中的物质对光的选择性吸收所致。不同的物质由于其分子结构不同，对不同波长光的吸收能力也不同，因此具有其特有的吸收光谱。即使是相同的物质由于其含量不同，对光的吸收程度也不同。
本申请实施例中提到的分光光度法，是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。它具有灵敏度高、操作简便、快速等优点，是生物化学实验中最常用的实验方法，许多物质的测定都采用分光光度法。在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与不同波长相对应的吸收强度。
具体的，上述显色溶液的总氮含量的测量，也可以使用分光光度法。可以以发光二极管作为光源，硅PIN光电管检测透色光强的方式进行检测，从而确定所述显色溶液的总氮含量。优选的，由于在360nm波长处具有最大吸收峰，可以选用中心波长为360nm的发光二极管。根据吸光度与总氮量之间的定量关系，可以测定出总氮含量。
可选的，本申请实施例的水质总氮含量的检测方法可以通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)实现。可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
本申请实施例中，可以采用密闭高温的消解方式，在待测水样中得到硝酸盐，然后在酸性条件下显色剂间苯二酚与硝酸盐发生硝化反应并显色，最后使用分光光度法测得显色溶液的总氮含量，上述方法适用于总氮在线自动监测仪，降低了测量成本。
请参阅图2，图2是本申请实施例公开的另一种水质总氮含量的检测方法流程示意图，图2是在图1的基础上进一步优化得到的。如图2所示，该方法包括如下步骤：
201、在采集时间采集满足剂量阈值的待测水样。
本申请实施例中的执行主体可以为总氮检测装置。
总氮检测装置可以存储有针对采集待测水样的采集时间和剂量阈值，其中采集时间和剂量阈值可以由用户设置和更改，在上述采集时间，总氮检测装置可以执行采集满足上述剂量阈值的待测水样，即总氮检测装置可以设置为自动在某一时刻采集定量的待测水样，或者每隔一定时间采集一次待测水样，本申请实施例不做限制。
可选的，总氮检测装置可以在接收到检测指令的情况下采集上述待测水样。上述检测指令可以由用户操作触发，即用户在需要进行水样采样的时候可以操作上述总氮检测装置执行采集待测水样的步骤。在采集到上述待测水样之后，可以执行步骤202。
202、使用过硫酸钾消解待上述测水样中的氮化物，得到硝酸盐；
203、使用间苯二酚与上述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
204、使用分光光度法测得上述显色溶液的总氮含量。
205、生成水质检测报告。上述水质监测报告包含上述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
在测得上述显色溶液的总氮含量之后，总氮检测装置可以对待测水样进行水质分析，生成上述水质检测报告，上述水质监测报告可以包含待测水样的总氮含量，用户可以查看上述水质检测报告中的水质分析结果，例如根据总氮含量进行水质污染等级的初步评估，总氮检测装置可以存储有总氮含量与总氮衡量水质等级的对应关系表，可以从中查找到检测出的总氮含量对应的总氮衡量水质等级。总氮检测装置还可以在水质检测报告中记录每次检测的检测时间，便于后续分析。
其中，上述总氮检测装置可以为总氮在线自动监测仪。总氮检测装置可以通过可编程逻辑控制器实现上述步骤。
其中，上述步骤202-步骤204可以分别参考上述图1所示实施例中步骤101-步骤103的具体描述，此处不再赘述。
本申请实施例中，通过上述方法可以自动控制待测水样的采集、反应测量、数据处理与传输过程，快速连续地完成待测水样中总氮分析的过程，可以用可编程序控制器实现控制，并且不需要再结合使用紫外分光检测系统或者连续流动分析仪等昂贵的仪器，可以获得较为精确的检测结果，降低了测量成本。
上述主要从方法侧执行过程的角度对本申请实施例的方案进行了介绍。可以理解的是，总氮检测装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本申请实施例可以根据上述方法示例对总氮检测装置进行功能单元的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
请参阅图3，图3是本申请实施例公开的一种总氮检测装置的结构示意图。如图3所示，该总氮检测装置300包括：反应测量模块310以及检测模块320，其中：
上述反应测量模块310，用于使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，以及用于使用间苯二酚与上述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
上述检测模块320，用于使用分光光度法测得上述显色溶液的总氮含量。
可选的，上述检测模块310具体用于：
以发光二极管作为光源检测透色光强，确定上述显色溶液的总氮含量。
可选的，上述总氮检测装置300还包括采集模块330，用于：
在采集时间采集满足剂量阈值的上述待测水样，
或者，在接收到检测指令的情况下采集上述待测水样。
可选的，上述总氮检测装置300还包括：
生成模块340，用于生成水质检测报告，上述水质监测报告包含上述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
实施图3所示的总氮检测装置300，总氮检测装置300可以通过反应测量模块310使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，以及使用间苯二酚与硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液，检测模块320使用分光光度法可以测得显色溶液的总氮含量，即可以测得水质总氮含量，不需要结合其他昂贵的仪器就能自主完成检测，测量成本较低。
请参阅图4，图4是本申请实施例公开的另一种总氮检测装置的结构示意图。如图4所示，该总氮检测装置400包括处理器401和存储器402，其中，总氮检测装置400还可以包括总线403，处理器401和存储器402可以通过总线403相互连接，总线403可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线403可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。其中，总氮检测装置400还可以包括输入输出设备404，输入输出设备404可以包括显示屏，例如液晶显示屏。存储器402用于存储包含指令的一个或多个程序；处理器401用于调用存储在存储器402中的指令执行上述图1和图2实施例中提到的部分或全部方法步骤。
实施图4所示的总氮检测装置400，可以通过处理器401控制，使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，以及使用间苯二酚与硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液，使用分光光度法可以测得显色溶液的总氮含量，即可以测得水质总氮含量，不需要结合其他昂贵的仪器就能自主完成检测，测量成本较低。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，该计算机程序使得计算机执行如上述方法实施例中记载的任何一种水质总氮含量的检测方法的部分或全部步骤。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块或者单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是模块单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器、随机存取器、磁盘或光盘等。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种水质总氮含量的检测方法，应用于总氮检测装置，其特征在于，所述方法包括：
使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐；
使用间苯二酚与所述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量。
2.根据权利要求1所述的水质总氮含量的检测方法，其特征在于，所述使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量包括：
以发光二极管作为光源检测透色光强，确定所述显色溶液的总氮含量。
3.根据权利要求2所述的水质总氮含量的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
在采集时间采集满足剂量阈值的所述待测水样，
或者，在接收到检测指令的情况下采集所述待测水样。
4.根据权利要求1-3任一项所述的水质总氮含量的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
生成水质检测报告，所述水质监测报告包含所述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
5.一种总氮检测装置，其特征在于，所述总氮检测装置包括：
反应测量模块，用于使用过硫酸钾消解待测水样中的氮化物，得到硝酸盐，以及用于使用间苯二酚与所述硝酸盐发生硝化反应，得到显色溶液；
检测模块，用于使用分光光度法测得所述显色溶液的总氮含量。
6.根据权利要求5所述的总氮检测装置，其特征在于，所述检测模块具体用于：
以发光二极管作为光源检测透色光强，确定所述显色溶液的总氮含量。
7.根据权利要求6所述的总氮检测装置，其特征在于，所述总氮检测装置还包括采集模块，用于：
在采集时间采集满足剂量阈值的所述待测水样，
或者，在接收到检测指令的情况下采集所述待测水样。
8.根据权利要求5-7任一项所述的总氮检测装置，其特征在于，所述总氮检测装置还包括：
生成模块，用于生成水质检测报告，所述水质监测报告包含所述待测水样的总氮含量、检测时间和/或水质分析结果。
9.一种总氮检测装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置成由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1-4任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1-4任一项所述的方法。
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