Capteur intelligent d'ammoniac et d'azote basé sur une électrode d'ammoniac

Abstrait. Pour résoudre les problèmes liés à la complexité des méthodes traditionnelles de détection de l'ammoniac, à leur maintenance difficile et à la difficulté de réaliser une mesure rapide in situ, un capteur d'ammoniac intelligent a été conçu dans cet article. Le capteur d'ammoniac intelligent intègre une électrode d'ammoniac, une électrode de pH et une électrode d'ions ammonium pour réaliser la détection in situ de l'ammoniac. Parce que le signal de sortie de l'électrode d'ammoniac est faible et facile à perturber par des interférences externes, un circuit de filtre passe-bas a été conçu, ce type de circuit a un bon effet. Les résultats des tests ont montré que le capteur est facile à utiliser, peu coûteux et sans pollution.

1 introduction

Notre pays est un grand pays agricole. La production aquatique a été pendant 15 années consécutives la première au monde. Cependant, la plupart des agriculteurs s'appuient sur leur propre expérience, en matière de couleur, d'odeur, de goût de l'eau ou sur le comportement anormal d'autres animaux aquatiques, pour évaluer la qualité de l'eau aquacole. Pour l'aquaculture, l'oxygène dissous, l'azote ammoniacal et le pH sont l'un des paramètres importants de la qualité de l'eau à surveiller.

L'ammoniac présent dans l'eau présente une certaine toxicité pour les produits aquacoles. Cela influence la qualité des produits aquatiques, limite le développement durable de l'aquaculture, en particulier avec la promotion de la technologie d'élevage industriel à haute densité, la demande de contrôle de la pollution par l'ammoniac est de plus en plus importante. L'ammoniac nuit aux organismes aquatiques fait principalement référence aux dangers de l'ammoniac non ionique, après que l'ammoniac non ionique ait pénétré dans les organismes aquatiques. Il a un impact significatif sur l’hydrolyse enzymatique  réaction et stabilité de la membrane. Des difficultés démontrées à respirer, à ne pas s'alimenter, une diminution de l'immunité, des convulsions, un coma et d'autres phénomènes, affectent la croissance et la reproduction des organismes aquatiques, voire conduisent à la décimation des organismes aquatiques, entraînant même des pertes pour l'économie.

Il existe différentes manières de déterminer la teneur en azote ammoniacal de l'eau.

. La méthode existante de détermination de l’azote ammoniacal présente certaines lacunes

. Par exemple, la sensibilité du titrage n’est pas assez élevée. La spectrophotométrie nécessite une grande quantité de réactif chimique et des étapes compliquées

. Ion ammonium

La méthode des électrodes est facilement affectée par d’autres cations monovalents. Fluorescence optique

la technologie n’est pas mature. Les instruments de spectrométrie sont chers. Ces méthodes sont difficiles à répondre aux besoins de détection de scène in situ à haute fréquence. Avec une sonde sensible à l'ammoniac, nous pouvons réaliser des mesures rapides in situ. Le capteur présente de bonnes caractéristiques, telles qu’un fonctionnement simple, un faible coût, sans pollution et ne nécessite pas de prétraitement de l’eau. Sur la base de l'analyse ci-dessus, un capteur d'ammoniac composé intégrant une sonde sensible à l'ammoniac et une sonde PH a été conçu dans cet article. Une méthode de surveillance en ligne de l'azote ammoniacal à faible coût constituera le principal contenu de la recherche et trouvera une solution de capteur d'ammoniac électrochimique intelligent. 

2 Principe de mesure

Azote ammoniacal La teneur en eau est sous forme d'ammoniac libre NH3 et d'ion ammonium NH4+, combinaison chimique de l'existence de la quantité d'azote. C'est un indice important de pollution de l'eau. Lorsque l'ammoniac libre NH3 atteint une certaine concentration, il est nocif pour les organismes aquatiques. Par exemple, il pourra provoquer des effets toxiques sur certains types de poissons lorsque l'ammoniac libre dépasse 0,2 mg/L. La solubilité de l'ammoniac dans l'eau à différentes températures et pH est différent, lorsque la teneur en PH est élevée, il aura un une proportion plus élevée d'ammoniac libre, au contraire, une proportion plus élevée d'ions ammonium. Dans certaines conditions, l'ammoniac et l'ion ammonium ont l'équation d'équilibre suivante : NH3 + H2O↔NH4++ OHDans cette étude, l'électrode d'ammoniac  a été choisi pour mesurer la teneur en ammoniac de l'eau. L'électrode d'ammoniac est une électrode composite, une électrode de verre PH comme électrode indicatrice, une électrode argent-chlorure d'argent comme électrode de référence. Placez les électrodes dans un manchon en plastique contenant 0,1 mol/L de chlorure d'ammonium rempli de liquide et équipé d'un film sensible aux gaz. Ajoutez de la force ionique à la solution aqueuse d'échantillon, le pH peut être augmenté à 11 ou plus et les sels d'ammonium sont convertis en ammoniac, en raison de la diffusion, l'ammoniac gazeux traversera la membrane (l'eau et d'autres ions peuvent traverser la membrane gazeuse). Après l'ammoniac gazeux dans le remplissage intérieur, le bilan suivant sera présenté:

4 -3  H2O  NH  OH  NH

L'ammoniac entraîne le déplacement de l'équation d'équilibre vers la droite, puis la valeur du PH augmente avec l'entrée de l'ammoniac. Enfin, la valeur mesurée de l'électrode en verre PH change. À force ionique, température, nature et paramètres d'électrode constants, la force électromotrice mesurée et la concentration d'ammoniac dans les échantillons d'eau répondent à l'équation de Nernst. Nous pouvons déterminer la teneur en azote de l'échantillon à partir de la valeur potentielle mesurée. Enfin, tracez une courbe standard par signal de tension mesuré pour déterminer les concentrations des échantillons inconnus.