总氮（Total Nitrogen， TN）和总磷（Total Phosphorus， TP）分析仪的原理、结构和算法。这两种仪器是现代水质监测中至关重要的设备，用于衡量水体的富营养化程度。

　　核心原理概述

　　总氮和总磷分析仪的核心原理都是“高温高压消解”将水样中不同形态的氮/磷统一转化为单一形态，然后通过“光学检测”对该形态进行定量分析。

　　总氮（TN）：将所有形式的氮（有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）最终转化为硝酸根（NO₃⁻）。

　　总磷（TP）：将所有形式的磷（有机磷、无机磷酸盐等）最终转化为正磷酸根（PO₄³⁻）。

　　其完整的工作流程与核心反应路径如下图所示：

　　图表代码

　　下载

　　数据处理与算法

　　光学检测模块

　　高温高压消解模块

　　样品预处理

　　TN路径

　　TP路径

　　TN检测

　　TP检测

　　水样

　　自动进样与稀释

　　加入氧化剂

　　（碱性过硫酸钾）

　　高温高压消解反应

　　将所有氮化合物

　　转化为硝酸盐（NO₃⁻）

　　将所有磷化合物

　　转化为磷酸盐（PO₄³⁻）

　　紫外光照射

　　测量NO₃⁻在220nm的吸光度

　　加入钼酸盐显色剂

　　测量蓝色络合物在880nm的吸光度

　　信号处理与计算

　　空白校正

　　消除本底干扰

　　标准曲线拟合

　　（将吸光度值转换为浓度）

　　异常值判断与标记

　　最终输出: TN/TP浓度值

　　一、总氮（TN）分析仪原理

　　消解过程：在120-125°C、高压条件下，水样与碱性过硫酸钾（K₂S₂O₈）溶液反应。

　　过硫酸钾在高温碱性条件下分解产生硫酸根自由基（·SO₄⁻）和羟基自由基（·OH），这些强氧化剂能将水中的有机氮、氨氮等全部氧化成硝酸盐（NO₃⁻）。

　　反应式概要：有机氮+ NH₃/NH₄⁺+ NO₂⁻--(K₂S₂O₈， NaOH，Δ)--> NO₃⁻

　　检测原理：紫外分光光度法。

　　硝酸根离子（NO₃⁻）在紫外光区 220 nm波长处有强烈的特征吸收。

　　根据朗伯-比尔定律，其吸光度值与硝酸盐的浓度成正比。

　　干扰校正：水中的溶解性有机物在220 nm处也有吸收，会干扰测定。因此，需在275 nm波长处再次测量吸光度（此处硝酸盐无吸收，而有机物有吸收）。最终，硝酸盐的真实吸光度为： A = A₂₂₀- 2× A₂₇₅。

　　结构

　　进样系统：包括采样针、计量泵、反应管，用于精确吸取和输送水样、试剂。

　　消解单元：

　　高温加热装置：通常采用环绕加热铝块或恒温浴，能精确维持120°C以上的高温。

　　密封消解管/流动注射池：能承受高压的密闭空间，防止消解过程中液体沸腾损失。

　　光学检测单元：

　　紫外光源（如氘灯）。

　　光栅或滤光片：用于选择220 nm和275 nm的特定波长。

　　光电探测器（如光电二极管）：测量透过消解后样品的紫外光强度，并将其转换为电信号。

　　控制系统：微处理器控制整个流程（加样、加热、测量、清洗）并处理数据。

　　算法

　　信号处理：A_真实= A₂₂₀- k * A₂₇₅（k通常为2，但仪器会通过校准确定最佳系数）。

　　浓度计算：

　　标准曲线法：仪器测量一系列已知浓度的硝酸盐标准溶液的吸光度，拟合出“浓度-吸光度”标准曲线（通常为线性方程 y = a*x + b）。

　　将测得样品的真实吸光度值代入曲线方程，计算出总氮浓度。

　　质量控制：算法会包含空白校正（扣除试剂本身的吸光度）、标准曲线相关系数检查（R²值）、以及超量程自动稀释提示。

　　二、总磷（TP）分析仪原理

　　消解过程：与总氮类似，在120-125°C、高压条件下，水样与过硫酸钾（K₂S₂O₈）反应。

　　强氧化剂将各种形态的磷全部氧化成正磷酸盐（PO₄³⁻）。

　　检测原理：钼锑抗分光光度法（国家标准方法）。

　　消解后的水样中的正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸。

　　随后被抗坏血酸（维生素C）还原，生成蓝色的络合物——“磷钼蓝”。

　　该蓝色化合物在880 nm（或700 nm）波长处有最大吸收，其吸光度与磷的浓度成正比。

　　结构

　　TP分析仪的结构与TN分析仪高度相似，主要区别在于检测单元：

　　进样与消解单元：与TN分析仪基本相同。

　　添加试剂单元：比TN多出添加钼酸盐试剂和抗坏血酸试剂的泵和管路。

　　光学检测单元：

　　光源：通常为钨灯或LED灯（可见光区）。

　　滤光片：选择880 nm波长（避免有机物的干扰，灵敏度更高）。

　　光电探测器：测量蓝色络合物的吸光度。

　　控制系统：同上。

　　算法

　　浓度计算：同样采用标准曲线法，建立磷浓度与880 nm处吸光度的线性关系。

　　空白校正：扣除试剂空白和可能存在的色度、浊度本底。

　　异常处理：判断显色是否完全、是否有气泡干扰等。

　　总结与对比特性总氮（TN）分析仪总磷（TP）分析仪消解原理碱性过硫酸钾氧化过硫酸钾氧化最终产物硝酸根（NO₃⁻）正磷酸根（PO₄³⁻）检测方法紫外分光光度法（直接测量）钼锑抗分光光度法（需显色反应）测量波长220 nm & 275 nm（双波长校正）880 nm（或700 nm）关键试剂过硫酸钾、氢氧化钠过硫酸钾、钼酸铵、抗坏血酸、酒石酸锑钾核心算法A = A₂₂₀- 2A₂₇₅，标准曲线拟合标准曲线拟合，空白校正

　　现代一体化水质分析仪通常将TN和TP模块集成在一起，共享进样、消解和控制系统，通过阀路切换分别加入不同的试剂并引导至不同的检测器或使用同一检测器的不同波长，从而实现一台仪器顺序或同时测量多个参数。其背后的算法也变得更加复杂，包括自动清洗、交叉污染校正、多任务调度和远程数据传输等功能。