王煒煜 趙芳 井曉兵(華北油田公司供水供電服務中心調(diào)控中心, 河北 任丘 062552)

基于光譜分析的紫外水質檢測技術

王煒煜 趙芳 井曉兵(華北油田公司供水供電服務中心調(diào)控中心, 河北 任丘 062552)

本文從實際出發(fā)，提供了一種基于紫外可見光譜的水質檢測系統(tǒng)，各個水樣的吸光度均大于0.99，單次測量在1秒內(nèi)。同時，本文還提出了光譜直接對比的方法以及對應的參數(shù)。通過對鄰苯二甲酸氫鉀溶液以及實際水樣的實驗，對這些水樣進行分類，從數(shù)據(jù)庫尋找合適的模型，提高了紫外試紙檢測技術的泛化能力，同時還能得到其他水質的指數(shù)。

水質監(jiān)測；光譜；吸光度

0 引言

近些年來，國內(nèi)外開展了有關紫外吸收水質檢測技術的研究，從相關的研究當中我們發(fā)現(xiàn)，水中的吸光度與水中色度、DOC等具有一定的相關性。1978年，日本將UV254列為水質監(jiān)測的正式標準。作為一種純物理的光學測量法，紫外水質檢測不需要化學試劑，也沒有二次污染的情況發(fā)生，且具有較快的檢測速度，還能進行在線連續(xù)監(jiān)測，反應水質動態(tài)，為檢測污染事故預防提供了有力的依據(jù)。

目前，對于COD的測量多采用254mm吸光度的方法來進行檢測，這種方法操作簡單，檢測精準度高，但難以對成分變化較大的水體進行檢測，因此還需要進行更加深入的探討。本文提出了一種基于UV光譜的分析方法，能夠對多樣的水體進行有限的分類，本文介紹的分析方法可以對光譜進行分類，同時得到關于檢測水體的水質特征。

1 紫外水質檢測原理及光譜分析方法

1.1 紫外水質檢測原理

紫外水質檢測的理論，用公式表示為：A=kcL，在本公式當中，k表示吸收系數(shù)，c為物質的溶液濃度，L為水體中苯、酚類等化學需氧量物質，在紫外區(qū)當中，這些物質都有較強的光譜吸收，因此紫外吸光度測定能夠有效的應用于COD的檢測當中。

1.2 光譜分析方法

(1)光譜直接對比分析方法

光譜直接對比法需將被測以及參照的水樣光譜進行對比，并擬定一個評價指標，之后進行光譜的對比分析，如果指標大于擬定指標，那么兩種水樣是一種樣本。

(2)光譜歸一化分析法

光譜歸一化分析法是一種較為簡化的計算方式，在實際的檢測過程當中，如果歸一化光譜出現(xiàn)了重合，那么樣品組成的成分相同或者相似，可以歸為一類品；如果沒有擁有較好的重合性，則不能歸為同一類水樣，因為兩者之間有較大的成分差別。

2 結果與分析

2.1 紫外水質監(jiān)測儀器

該水質監(jiān)測儀器由多種模塊組成，在該儀器當中，脈沖疝燈發(fā)出的光，會經(jīng)過由電機丹東的光柵分光系統(tǒng)組成的單色器裝置當中，經(jīng)過分離的單色光會進入流通池，被吸收的光信號轉化為電信號，經(jīng)過AD轉換后傳輸?shù)缴衔粰C進行顯示、儲存

以及處理。本位研制的UV水質檢測儀可以由上位機的監(jiān)控軟件進行控制，其可測光譜范圍為200-720mm。

2.2 紫外吸光度檢測COD

在本文的研究當中，采集了四種水樣，利用上文提到的UV水質監(jiān)測儀對這四種水樣的光譜分別進行了測量，并建立了相應的數(shù)學模型，結果顯示，其擬合指標R2均大于0.99。但與此同時我們也發(fā)現(xiàn)，這四種水樣模型上具有較大的差別，如果利用反演的方式進行檢測，則會出現(xiàn)一定的誤差，下表為四種水樣的分析結果。

表1 四種水樣的COD擬合曲線

2.3 光譜分析實驗

我們對十四種溶液進行了配置，并進行了光譜歸一化對比，在對其進行光譜歸一化處理后，我們發(fā)現(xiàn)大部分的樣品都都出現(xiàn)了小于10%的波動，每個樣品歸一化光譜波動小于5%的數(shù)據(jù)均大于85%，而有一半以上的樣品，其歸一化光譜波動小于5%的數(shù)據(jù)達到了99%以上，因此我們認為，這些歸一化的光譜重合，由此可見，對于成分相同但濃度不同的溶液，其歸一化光譜重合，對比擬合直線呈線性。

2.4 實際水樣實驗

我們從某條河流當中的同一地點采集了兩份水樣，一份用離子水稀釋成八份溶液，且每份的濃度各不相同，對其COD值進行了分別測量，并進行光譜分析，結果發(fā)現(xiàn)，歸一化后兩者有很強的重合度，這說明所測水樣來自同一樣本。

2.5 組成成分濃度比例不變的混合溶液實驗

將鄰苯二甲酸氫鉀與濁度進行配置，形成混合液，保持其比例為2∶5，并對其進行光譜歸一化，從實際的結果我們發(fā)現(xiàn)其光譜具有較大的差異，為消除這種模型誤差，采取歸一化以及對比法進行歸類，并給出預測模型。

3 結語

本文利用實驗的形式，發(fā)現(xiàn)了水樣吸光度與COD值之間的關系。本文當中利用的實驗分析方法，操作簡單，并且能夠有效的對不同成分的水樣進行判斷。而通過光譜分析的方法，則能夠減少實際檢測的誤差，解決精準度的問題。