Sensor inteligente de amoníaco y nitrógeno basado en un electrodo de amoníaco

Abstracto. Para resolver el problema de que los métodos tradicionales de detección de amoníaco eran complejos, no fáciles de mantener y difíciles de realizar una medición rápida in situ, en este artículo se ha diseñado un sensor de amoníaco inteligente. El sensor de amoníaco inteligente integra un electrodo de amoníaco, un electrodo de pH y un electrodo de iones de amonio para realizar la detección in situ de amoníaco. Debido a que la señal de salida del electrodo de amoníaco es débil y fácil de ser perturbada por interferencias externas, se ha diseñado un circuito de filtro de paso bajo, este tipo de circuito tiene un buen efecto. Los resultados de las pruebas han demostrado que el sensor es de fácil operación, de bajo costo y sin contaminación.

1 Introducción

Nuestro país es un gran país agrícola. La producción acuática lleva 15 años consecutivos ocupando el primer lugar del mundo. Sin embargo, la mayoría de los agricultores confían en su propia experiencia, con el color, el olor, el sabor del agua o el comportamiento anormal observado de otros animales acuáticos para evaluar la calidad del agua de la acuicultura. Para la acuicultura, el oxígeno disuelto y el nitrógeno amoniacal, el PH es uno de los parámetros importantes de calidad del agua que deben controlarse.

El amoniaco existente en el agua tiene cierta toxicidad para los productos de la acuicultura. Influye en la calidad de los productos acuáticos, restringe el desarrollo sostenible de la acuicultura, especialmente con la promoción de la tecnología de cría industrial de alta densidad, la demanda de control de la contaminación por amoníaco es cada vez más prominente. El daño del amoníaco a los organismos acuáticos se refiere principalmente a los peligros del amoníaco no iónico, después de que el amoníaco no iónico ingresa a los organismos acuáticos. Tiene un impacto significativo en la hidrólisis enzimática.  Estabilidad de la reacción y de la membrana. Dificultad demostrada para respirar, no alimentarse, disminución de la inmunidad, convulsiones, coma y otros fenómenos, afectan el crecimiento y la reproducción de los organismos acuáticos, llegando incluso a diezmar los organismos acuáticos, provocando incluso pérdidas a la economía.

Hay diferentes formas de determinar el contenido de nitrógeno amoniacal en el agua.

. El método existente para determinar el nitrógeno amoniacal tiene algunas deficiencias.

. Por ejemplo, la sensibilidad de la titulación no es lo suficientemente alta. La espectrofotometría necesita una gran cantidad de reactivo químico y pasos complicados.

. ion amonio

El método del electrodo se ve fácilmente afectado por otros cationes monovalentes. Fluorescencia óptica

La tecnología no está madura. Los instrumentos de espectrometría son caros. Estos métodos son difíciles de satisfacer las necesidades de detección in situ de la escena con alta frecuencia. Con la sonda sensible al amoniaco podemos realizar mediciones rápidas in situ. El sensor tiene algunas buenas características, como operación simple, bajo costo, libre de contaminación y no necesita pretratamiento del agua. Con base en el análisis anterior, en este artículo se diseñó un sensor de amoníaco compuesto que integra una sonda sensible a amoníaco y una sonda de PH. El principal contenido de la investigación será un método de monitoreo en línea de nitrógeno amoniacal de bajo costo, y se encontrará una solución de sensor electroquímico inteligente de amoníaco. 

2 Principio de medición

nitrógeno amoniacal El contenido en el agua está en forma de amoníaco libre NH3 y ion amonio NH4+ combinación química de la existencia de la cantidad de nitrógeno. Es un índice importante de contaminación del agua. Cuando el amoniaco libre NH3 alcanza una determinada concentración es nocivo para los organismos acuáticos. Por ejemplo, podrá causar efectos tóxicos en algunos tipos de peces cuando el amoníaco libre supere los 0,2 mg/L. La solubilidad del amoníaco en agua a diferentes temperaturas y PH es diferente, cuando el contenido de PH es alto, tendrá un mayor proporción de amoníaco libre, por el contrario, mayor proporción de iones amonio. Bajo ciertas condiciones, el amoníaco y el ion amonio tienen la siguiente ecuación de equilibrio: NH3 + H2O↔NH4++ OHEn este estudio, electrodo de amoníaco  fue elegido para medir el contenido de amoníaco en el agua. El electrodo de amoníaco es un electrodo compuesto, un electrodo de vidrio de PH como electrodo indicador y un electrodo de plata - cloruro de plata como electrodo de referencia. Coloque los electrodos dentro de una funda de plástico que contenga 0,1 mol/L de cloruro de amonio llena de líquido y equipada con una película sensible a los gases. Agregue fuerza iónica a la solución de muestra acuosa, el PH puede aumentar a 11 o más y las sales de amonio se convierten en amoníaco; debido a la difusión, el gas amoníaco pasará a través de la membrana (el agua y otros iones pueden pasar la membrana del gas). Después de que el gas amoniaco entre en el relleno interno, se presentará el siguiente equilibrio:

4 -3  H2O  NH  OH  NH

El amoníaco hace que la ecuación del equilibrio se desplace hacia la derecha, luego el valor del PH aumentó con la entrada de amoníaco. Finalmente, el valor medido del electrodo de vidrio de PH cambia. Con fuerza iónica, temperatura, naturaleza y parámetros del electrodo constantes, la fuerza electromotriz medida y la concentración de amoníaco en muestras de agua cumplen con la ecuación de Nernst. Podemos determinar el contenido de nitrógeno de la muestra a partir del valor potencial medido. Finalmente dibuje una curva estándar mediante la señal de voltaje medida para determinar las concentraciones de las muestras desconocidas.