一、课题综述及研究意义 水中氮化合物的多少，可作为水体受到含氮有机物污染程度的指标。反映水体受含氮化合物污染程度的几种形态的氮是氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机氮。测定水中各种形态的氮化合物，有助于评价水体被污染程度和“自净”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离态氨(或称非离子氨，NH3)和氨离子(NH4+)形式存在的化合态氮的总量，是反映水体污染的一个重要指标。水中氨氮的来源主要是生活污水中含氮有机物受微生物作用分解的产物、某些工业废水及农田排水。氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。 一定条件下，水中的氨和铵离子有下列平衡方程式表示：NH3 + H2O = NH4+ + OH-。目前测定氨氮的方法主要有纳氏比色法、苯酚－次氯酸盐( 或水杨酸－次氯酸盐) 比色法、电极法、蒸馏－滴定法、靛酚蓝比色法。纳氏比色法是氨氮的经典测定方法， 被许多国家列为标准分析方法。但由于试剂毒性大及方法的灵敏度不够高，水中钙、 镁和铁等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色以及浑浊等均干扰测定，需要作相应的预处理。苯酚－次氯酸盐比色法具有灵敏、稳定等优点，干扰情况和消除方法与纳氏试剂比色法相同。电极法通常不需要对水样进行预处理和具有测量范围宽、快速、灵敏、可靠等优点。蒸馏－酸滴定法适用于氨氮含量较高时的测定。而且蒸馏需要一定的时间，测定的时间比较长。靛酚蓝比色法对氨氮具有特殊的敏感性和相关性，具有较高的准确度、精确度和敏感度。 二、课题拟采取的研究方法和技术路线 近年来，随着传感技术、计算机技术和通信技术的发展，原本功能比较单一的传感器变送器逐渐过渡到具备一定的数据处理能力，能够自识别、自校正和自补偿，且具备一定的网络功能智能传感器。本文所述智能氨氮传感器采用氨气敏、铵离子、pH 和温度四电极复合结构，不需要化学试剂，适用于水体氨氮含量的原位快速检测，并且通过数据融合处理提高了其测量精度。 水体氨氮的原位快速检测原理水体中的氨气和铵离子的浓度与水的离子积常数Kw和NH3碱离解度常数Kb有关，而不同温度下水的离子积常数Kw和 NH3 碱离解度常数Kb是变化的。通过查表1可以得到0～50℃范围水的离子积常数Kw 和NH3碱离解度常数Kb，进而可以通过下式计算水体中的氨气和铵离子的浓度比例 ：
其中 ：△ * = pKw － pKb ； pKw = － lgKw ； pKb = － lgKb，当水样的pH提高到11以上时，NH3 + H2O = NH4++OH- 的反应向右移动，可使铵盐转化为氨气 ；当水样的pH值在7以下时，反应向左移动，氨氮全部以铵离子形式存在。所以，利用氨气敏、铵离子、pH 和温度探头同时测量出水体中的 NH3 浓度、NH4+ 浓度、pH 值和温度，就可以计算出当前水体的氨氮含量。
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