一种水体硝酸盐氮在线监测系统及定量测定方法技术方案

本发明专利技术涉及水质监测技术领域，具体涉及一种水体硝酸盐氮在线监测系统及定量测定方法。本发明专利技术使用在线全光谱仪采集水样数据，采用差分导数法实现水体硝酸盐氮定量。本发明专利技术系统包含在线区光源模块、在线区光谱采集模块、稀释区纯水模块、稀释区光源模块、稀释区光谱采集模块、光谱信息处理模块以及电源模块，能根据水体特性进行原位监测或稀释监测，线性范围广、泛化能力强。本发明专利技术系统及方法适用于市政管道污水、城市生活污水、河水、湖泊水体等多种水体的硝酸盐氮在线监测，普适性高、监测成本低，能够为水体硝酸盐氮实时监测提供有力支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水体硝酸盐氮在线监测系统及定量测定方法


[0001]本专利技术涉及水质监测
，具体涉及一种水体硝酸盐氮在线监测系统及定量测定方法。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，人民对生活环境的要求日益提高，良好的水质环境是保障人民生产、生活的重要前提，因而对于水质指标进行实时监测十分必要。
[0003]硝酸盐氮一般由含氮有机物转化形成，是一种重要的水质监测指标，在不同场景下对其浓度进行监测具有不同意义。污水体系中，硝酸盐氮的浓度预示着硝化反硝化的效果，对于工艺参数的控制调整、水质指标的异常判定有着重要的指导价值；湖泊、河流等给水体系中，硝酸盐氮的浓度被严格限制在10mg/L以内，过高的硝酸盐浓度经人体摄入可能造成身体疾病，并有诱导癌变的潜在风险。
[0004]现有的水体硝酸盐氮监测手段主要包括酚二磺酸光度法、离子色谱法等。现有方法存在着二次污染、检测耗时长、需要前处理、仪器设备昂贵等问题，不适用于现场实时监测；紫外全光谱法由于测样快、非接触、无污染、泛化性强等优点，在在线监测领域得到了广泛的应用。但直接使用紫外全光谱仪的原始吸收光谱对不同类型水体进行硝酸盐氮在线监测，存在着有机物、浊度干扰等问题。因此亟待开发一种适用于硝酸盐氮特异性监测的紫外全光谱系统及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种水体硝酸盐氮在线监测系统及定量测定方法，以解决现有技术中紫外全光谱仪在实时监测水体硝酸盐氮过程中存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水体硝酸盐氮在线监测系统，包括在线全光谱仪，所述的在线全光谱仪包括在线区光源模块、在线区光谱采集模块、稀释区纯水模块、稀释区光源模块、稀释区光谱采集模块、光谱信息处理模块以及电源模块；
[0007]所述的在线区光源模块，用于提供在线区光谱采集所需光源；
[0008]所述的在线区光谱采集模块，用于采集在线区所监测水样光谱信息；
[0009]所述的稀释区纯水模块，用于为稀释区的水样稀释提供纯水；
[0010]所述的稀释区光源模块，用于提供稀释区光谱采集所需光源；
[0011]所述的稀释区光谱采集模块，用于采集稀释区所监测水样光谱信息；
[0012]所述的光谱信息处理模块，用于处理分析在线区光谱采集模块和/或稀释区光谱采集模块采集的水样光谱信息，并输出水样硝酸盐氮浓度值；
[0013]所述的电源模块，用于向在线区光源模块、在线区光谱采集模块、稀释区纯水模块、稀释区光源模块、稀释区光谱采集模块以及光谱信息处理模块提供电源。
[0014]进一步地，所述的在线区光源模块以及稀释区光源模块，包括但不限于氙灯、氘灯。
[0015]进一步地，所述的电源模块包括但不限于电线供电、电池供电以及太阳能供电。
[0016]进一步地，所述的水样包括但不限于市政管道污水、城市生活污水、河水以及湖泊水体。
[0017]水体硝酸盐氮的定量测定方法，使用在线全光谱仪采集水样数据，采用差分导数法实现水体硝酸盐氮定量，所述的差分导数法采用一阶导数，将样品一阶导数波峰导数值与其近邻平滑区某波长导数值之差与单位硝酸盐标准品水样波峰导数值与其近邻平滑区某波长导数值之差作比，计算水体硝酸盐氮浓度。
[0018]进一步地，所述的测定方法包括一般测定流程与稀释测定流程。
[0019]进一步地，所述的一般测定流程包括以下步骤：
[0020]S1、在线区光源模块提供光源，水样通过在线区光谱采集模块采集光谱数据；
[0021]S2、在线区光谱采集模块将数据传输到光谱信息处理模块，光谱信息处理模块识别出水体硝酸盐氮浓度没有超出线性范围；
[0022]S3、在线区光谱采集模块将数据传输到光谱信息处理模块处理水样光谱信息并预测水体硝酸盐氮浓度值。
[0023]进一步地，所述的稀释测定流程包括以下步骤：
[0024]S1、在线区光源模块提供光源，水样通过在线区光谱采集模块采集光谱数据；
[0025]S2、在线区光谱采集模块将数据传输到光谱信息处理模块，光谱信息处理模块识别出水体硝酸盐氮浓度超线性范围，并自动给出稀释倍数；
[0026]S3、根据稀释倍数，定量的水样与定量的纯水经管路进入稀释区光谱采集模块，由稀释区光源模块提供光源采集稀释区水样光谱数据；
[0027]S4、稀释区光谱采集模块将数据传输到光谱信息处理模块处理水样光谱信息并预测水体硝酸盐氮浓度值。
[0028]进一步地，所述的硝酸盐氮的线性范围为0.072～4mg/L，硝酸盐氮的检出限为0.018mg/L，硝酸盐氮的绝对测量误差为
±
0.1mg/L。
[0029]进一步地，所述的在线全光谱仪的光源扫描波长范围为185～300nm，差分导数法采用的波峰、近邻平滑区范围为200～240nm。
[0030]本专利技术的有益效果：本专利技术的系统及方法，泛化性强、监测成本低，能够为多种类型水体的硝酸盐氮在线定量监测提供技术支撑。首先，采集水样紫外全光谱的数据，规避了单一光谱或双波长光谱存在的数据片面问题，能更加明晰水样在各波段的变化趋势，使得水质信息更为丰富全面；同时，一阶导数差分光谱法的引入能有效地规避有机物、浊度对于硝酸盐氮测定的干扰。
附图说明
[0031]图1是本专利技术在线全光谱仪的整体结构示意图；
[0032]图2是本专利技术在线全光谱仪的工作流程示意图；
[0033]图3是本专利技术在线全光谱仪采集某污水处理厂全流程的原始光谱图；
[0034]图4是本专利技术在线全光谱仪采集某污水处理厂全流程的一阶导数光谱图；
[0035]图5是本专利技术通过一阶导数差分光谱法计算的某污水处理厂全流程硝酸盐氮浓度值与国标法实际值的回归曲线图。
[0036]图中各标记对应的名称：
[0037]1、在线区光谱采集模块；2、在线区光源模块；3、光谱信息处理模块；4、电源模块；5、稀释区光源模块；6、稀释区光谱采集模块；7、稀释区纯水模块。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0039]如图1
‑
2所示，本专利技术的一种水体硝酸盐氮在线监测系统包括：
[0040]在线区光源模块2，用于提供在线区光谱采集所需光源；
[0041]在线区光谱采集模块1，用于采集在线区所监测水样光谱信息；
[0042]稀释区纯水模块7，用于为稀释区的水样稀释提供纯水；
[0043]稀释区光源模块5，用于提供稀释区光谱采集所需光源；
[0044]稀释区光谱采集模块6，用于采集稀释区所监测水样光谱信息；
[0045]光谱信息处理模块3，用于处理分析在线区光谱采集模块1或稀释区光谱采集模块6采集的水样光谱信息，并输出水样硝酸盐氮浓度值；
[0046]电源模块4，用于向在线区光源模块2、在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水体硝酸盐氮在线监测系统，其特征在于：包括在线全光谱仪，所述的在线全光谱仪包括在线区光源模块(2)、在线区光谱采集模块(1)、稀释区纯水模块(7)、稀释区光源模块(5)、稀释区光谱采集模块(6)、光谱信息处理模块(3)以及电源模块(4)；所述的在线区光源模块(2)，用于提供在线区光谱采集所需光源；所述的在线区光谱采集模块(1)，用于采集在线区所监测水样光谱信息；所述的稀释区纯水模块(7)，用于为稀释区的水样稀释提供纯水；所述的稀释区光源模块(5)，用于提供稀释区光谱采集所需光源；所述的稀释区光谱采集模块(6)，用于采集稀释区所监测水样光谱信息；所述的光谱信息处理模块(3)，用于处理分析在线区光谱采集模块(1)和/或稀释区光谱采集模块(6)采集的水样光谱信息，并输出水样硝酸盐氮浓度值；所述的电源模块(4)，用于向在线区光源模块(2)、在线区光谱采集模块(1)、稀释区纯水模块(7)、稀释区光源模块(5)、稀释区光谱采集模块(6)以及光谱信息处理模块(3)提供电源。2.根据权利要求1所述的一种水体硝酸盐氮在线监测系统，其特征在于：所述的在线区光源模块(2)以及稀释区光源模块(5)，包括但不限于氙灯、氘灯。3.根据权利要求1所述的一种水体硝酸盐氮在线监测系统，其特征在于：所述的电源模块(4)包括但不限于电线供电、电池供电以及太阳能供电。4.根据权利要求1所述的一种水体硝酸盐氮在线监测系统，其特征在于：所述的水样包括但不限于市政管道污水、城市生活污水、河水以及湖泊水体。5.根据权利要求1所述在线监测系统的水体硝酸盐氮定量测定方法，其特征在于：使用在线全光谱仪采集水样数据，采用差分导数法实现水体硝酸盐氮定量，所述的差分导数法采用一阶导数，将样品一阶导数波峰导数值与其近邻平滑区某波长导数值之差与单位硝酸盐标准品水样波峰导数值与其近邻平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿程，周涵博，王爱杰，邓尚雯，钱志敏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：