A High-Performance Optoelectronic Sensor Device for Nitrate Nitrogen in Recirculating Aquaculture Systems

硝酸盐 水产养殖 氮气 材料科学 光电子学 环境科学 渔业 化学 生态学 生物 有机化学
作者
Cong Wang,Zhen Li,Zhongli Pan,Daoliang Li
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:18 (10): 3382-3382 被引量:6
标识
DOI:10.3390/s18103382
摘要

The determination of nitrate nitrogen (NO3-N) in recirculating aquaculture systems is of great significance for the health assessment of the living environment of aquatic animals. Unfortunately, the commonly used spectrophotometric methods often yield unstable results, especially when the ambient temperature varies greatly in the field measurement. Here, we have developed a novel handheld absorbance measurement sensor based on the thymol-NO3-N chromogenic rearrangement reaction. In terms of hardware, the sensor adopts a dual channel/dual wavelength colorimeter structure that features a modulated light source transmitter and a synchronous detector receiver. The circuit measures the ratio of light absorbed by the sample and reference containers at two LEDs with peak wavelengths at 420 nm and 450 nm. Using the modulated source and synchronous detector rather than a constant (DC) source eliminates measurement errors due to ambient light and low frequency noise and provides higher accuracy. In terms of software, we design a new quantitative analysis algorithm for absorbance by studying colloid absorbing behavior. The application of a buffer operator embedded in the algorithm makes the sensor get the environmental correction function. The results have shown that the sensitivity, repeatability, precision and environmental stability are higher than that by ordinary spectrophotometry. Lastly, we have a brief overview of future work.

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