一、課題綜述及研究意義

水中氮化合物的多少，可作為水體受到含氮有機物污染程度的指標。反映水體受含氮化合物污染程度的幾種形態(tài)的氮是氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、有機氮。測定水中各種形態(tài)的氮化合物，有助于評價水體被污染程度和“自凈”程度。氨氮普遍存在于地面水及地下水中。水中的氨氮是指以游離態(tài)氨(或稱非離子氨，NH3)和氨離子(NH4+)形式存在的化合態(tài)氮的總量，是反映水體污染的一個重要指標。水中氨氮的來源主要是生活污水中含氮有機物受微生物作用分解的產(chǎn)物、某些工業(yè)廢水及農(nóng)田排水。氨氮含量較高時，對魚類呈現(xiàn)毒害作用，對人體也有不同程度的危害。

一定條件下，水中的氨和銨離子有下列平衡方程式表示：NH3 + H2O = NH4+ + OH-。目前測定氨氮的方法主要有納氏比色法、苯酚－次氯酸鹽( 或水楊酸－次氯酸鹽) 比色法、電極法、蒸餾－滴定法、靛酚藍比色法。納氏比色法是氨氮的經(jīng)典測定方法， 被許多國家列為標準分析方法。但由于試劑毒性大及方法的靈敏度不夠高，水中鈣、 鎂和鐵等金屬離子、硫化物、醛和酮類、顏色以及渾濁等均干擾測定，需要作相應的預處理。苯酚－次氯酸鹽比色法具有靈敏、穩(wěn)定等優(yōu)點，干擾情況和消除方法與納氏試劑比色法相同。電極法通常不需要對水樣進行預處理和具有測量范圍寬、快速、靈敏、可靠等優(yōu)點。蒸餾－酸滴定法適用于氨氮含量較高時的測定。而且蒸餾需要一定的時間，測定的時間比較長。靛酚藍比色法對氨氮具有特殊的敏感性和相關性，具有較高的準確度、精確度和敏感度。

二、課題擬采取的研究方法和技術路線

近年來，隨著傳感技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，原本功能比較單一的傳感器變送器逐漸過渡到具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，能夠自識別、自校正和自補償，且具備一定的網(wǎng)絡功能智能傳感器。本文所述智能氨氮傳感器采用氨氣敏、銨離子、pH 和溫度四電極復合結構，不需要化學試劑，適用于水體氨氮含量的原位快速檢測，并且通過數(shù)據(jù)融合處理提高了其測量精度。

水體氨氮的原位快速檢測原理水體中的氨氣和銨離子的濃度與水的離子積常數(shù)Kw和NH3堿離解度常數(shù)Kb有關，而不同溫度下水的離子積常數(shù)Kw和 NH3 堿離解度常數(shù)Kb是變化的。通過查表1可以得到0～50℃范圍水的離子積常數(shù)Kw 和NH3堿離解度常數(shù)Kb，進而可以通過下式計算水體中的氨氣和銨離子的濃度比例 ：

其中 ：△ * = pKw － pKb ； pKw = － lgKw ； pKb = － lgKb，當水樣的pH提高到11以上時，NH3 + H2O = NH4++OH- 的反應向右移動，可使銨鹽轉化為氨氣 ；當水樣的pH值在7以下時，反應向左移動，氨氮全部以銨離子形式存在。所以，利用氨氣敏、銨離子、pH 和溫度探頭同時測量出水體中的 NH3 濃度、NH4+ 濃度、pH 值和溫度，就可以計算出當前水體的氨氮含量。

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二、畢業(yè)設計（論文）工作實施計劃www.628tf.com

（一）畢業(yè)設計（論文）的理論分析與軟硬件要求及其應達到的水平與結果

該氨氮智能傳感器包括氨氣敏探頭、銨離子探頭、pH 和溫度探頭、信號調(diào)理模塊、鐵電存儲器、微控制器 MSP430、總線接口模塊、電源管理模塊。利用四種探頭，本文通過兩種方法檢測水體氨氮。第一種是測量水溫、pH 值和離子態(tài)銨可以得到一個氨氮含量。第二種是測量水溫、pH 值和游離態(tài)氨可以得到另一個氨氮含量，然后再參考 pH 值和溫度對二者進行融合，得到最終的氨氮含量。采用這種方法可以在不用化學藥劑對水樣進行預處理的情況下，得到較為精確的水體氨氮含量。