郭 琦

（大慶油田水務(wù)研究設(shè)計院，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

電化學水質(zhì)分析技術(shù)受技術(shù)原理以及檢測流程決定，電化學水質(zhì)分析技術(shù)分析周期長，測量方式十分繁瑣，同時測量中需要添加大量的化學原料逐步被基于光譜分析的紫外水質(zhì)檢測技術(shù)所取代。光譜分析紫外水質(zhì)檢測技術(shù)有效的規(guī)避了傳統(tǒng)化學水質(zhì)分析存在的諸多弊端，并具備更高的檢測精度，本文主要針對該技術(shù)的國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢展開研究和探討。

1 技術(shù)概述

如前文所述，基于光譜分析的紫外線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，測量效率高，操作流程簡易，近年來廣泛應(yīng)用于我國的工業(yè)廢水、生活污水以及自然水域的水質(zhì)監(jiān)測工作中?；诠庾V分析的紫外線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)設(shè)計化學計量分析、連續(xù)光譜檢測等多項技術(shù)種類[1]。近年來伴隨監(jiān)測儀器設(shè)備以及分析算法的不斷提升，該技術(shù)的檢測精度有了進一步的提高，可以有效實現(xiàn)對toc、COD、turb、No3-n等參數(shù)的檢測分析。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外演技現(xiàn)狀

單波長分析法是最早的光譜技術(shù)，經(jīng)過不斷的發(fā)展和演變，逐步形成了現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的而連續(xù)光譜法，因此在過于的研究中往往254nm的波長最為常見。光譜分析技術(shù)的紫外線水質(zhì)分析技術(shù)也主要是利用不同物質(zhì)對254nm的吸收情況進行水質(zhì)成分的判斷。但在實際測量中發(fā)現(xiàn)，在自然水體中存在許多固體大顆粒的懸浮物質(zhì)，阻礙了光波的傳遞造成了測量結(jié)果失真，因此這種研究方法在早期階段就被逐步遺棄，降低水中固體大顆粒懸浮物質(zhì)對檢測結(jié)果的影響，也一度成為業(yè)內(nèi)熱點額研究問題，最終研究者選擇使用350nm和465nm的波長的吸光度，構(gòu)建補償模型[2]。經(jīng)過不斷的實踐和改進，最終研發(fā)出雙玻法技術(shù)，不進有效的解決了水體中固體大顆粒懸浮物質(zhì)對測量結(jié)果的影響，還實現(xiàn)技術(shù)的儀器化降低了技術(shù)的應(yīng)用要求和標準，測量人員只要掌握儀器設(shè)備基礎(chǔ)的操作方法，就可以順利的完成測量任務(wù)。我國學者劉立行基于國外上述研究內(nèi)容，結(jié)合我國水質(zhì)監(jiān)測需求，與激光器相結(jié)合，研發(fā)出種可以自由功率切換的水質(zhì)檢測儀器。紫外一可見光譜分析法以集成電路光譜掃描為硬件基礎(chǔ)，以化學計量方法為算法基礎(chǔ)，該水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)近年來受到了廣大學者的關(guān)注，國內(nèi)外一些研究團隊對紫外一可見光譜分析法的研究已經(jīng)獲得了一些突破性進展。

2.1.1 國內(nèi)外課件光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測研究進展

天津大學是我國最早參與光譜分析水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的科研結(jié)構(gòu)，并與2004年率先研發(fā)成功了200～720nm的監(jiān)測設(shè)備，并配備了防水外殼以及無線傳輸設(shè)備，在實際應(yīng)用中，該設(shè)備可以直接投入水體中使用，并可以自動的實時進行監(jiān)測，實現(xiàn)了無人值守的水質(zhì)監(jiān)測，可以有效的識別水體中no3-n、cod等水質(zhì)參數(shù)[3]，并可以將測量參數(shù)通過無線傳輸設(shè)備將水質(zhì)分析的各項數(shù)據(jù)進行傳輸、存儲和分析。浙江大學研究團隊以美國引進的光柵光譜儀器為基礎(chǔ)，并結(jié)合cod紫外吸光度的快速計算模型，實現(xiàn)了對自然水體中cod值得快速檢測，該設(shè)備波長范圍約為200～400nm，綜合誤差值可以控制在5%以內(nèi)，測量時間也可以控制5min之內(nèi)，同時此類設(shè)備使用的嵌入式電腦控芯片，相比傳統(tǒng)設(shè)備更加智能化、自動化，同時安裝了windowsce系統(tǒng)，讓真?zhèn)€檢測過程各項穩(wěn)定、可控、自動。重慶大學率先研發(fā)了微型光譜系統(tǒng)，并應(yīng)用于便攜設(shè)備中，可以高效率、高精度的完成水質(zhì)監(jiān)測工作。

2.2 國內(nèi)外儀器生產(chǎn)情況

目前基于光譜分析技術(shù)的紫外線水質(zhì)監(jiān)測儀器目前多以雙波法、連續(xù)波法等技術(shù)作為基礎(chǔ)，并根據(jù)實際使用需求，結(jié)合多種化學計量方法，進行設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)。目前國外的生產(chǎn)企業(yè)主要有美國的hach公司、法國的tethys公司、德國wtw公司等，我國主要由杭州聚光科技公司以及北京東西分析儀器等公司。

2.2.1 國外水質(zhì)監(jiān)測儀器生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前國外最大的水質(zhì)監(jiān)測生產(chǎn)企業(yè)是美國的Hach公司，該公司生產(chǎn)的Uvasecosc型號紫外水質(zhì)分析儀器，可以實現(xiàn)高效率、高精度的水質(zhì)參數(shù)收集分析，并提出了“特別吸光系數(shù)”的概念，同時該設(shè)備首次使用了雙光束探頭結(jié)構(gòu)，讓水質(zhì)樣品中固體顆粒對檢測結(jié)果的影響降低至最低，可以規(guī)避諸如溫度、壓力、設(shè)備原件老化等多種類環(huán)境及設(shè)備因素對檢測結(jié)果帶來的影響，綜合準確率可以達到5%以內(nèi)，廣泛的應(yīng)用于小型污水處理中。

2.2.2 國內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測儀器生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國在此類儀器設(shè)備的生產(chǎn)方面起步較晚，雖然近年來發(fā)展十分迅速，但生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)規(guī)模與國外先進國家相比仍存在一定差距，目前我國水質(zhì)監(jiān)測儀器設(shè)備多以雙玻長分析儀器為主。如北京產(chǎn)的ew-2100型號水質(zhì)分析儀器是目前應(yīng)用最為廣泛的，該設(shè)備利用雙波進行水質(zhì)監(jiān)測，并配備了強力清洗系統(tǒng)，雖然在技術(shù)層級方面相對落后于西方先進國家，但其監(jiān)測準確率以及測試效率均可以滿足行業(yè)需求。

3 發(fā)展前景以及存在的問題

3.1 發(fā)展前景

根據(jù)前文所述，紫外水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)主要包括單波長、多波長、紫外光譜、紫外可見光普等集中技術(shù)類型。其中單波長以及多波長是最早期的紫外水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，但其因為缺少相關(guān)電轉(zhuǎn)換設(shè)備，逐步被多波長，紫外可見光譜等技術(shù)所取代，近年來高分辨率額全息光棚等技術(shù)的出現(xiàn)，更是讓基于光譜分析的紫外水質(zhì)分析技術(shù)進入到全新的發(fā)展領(lǐng)域，實現(xiàn)了根據(jù)水體中固體懸浮物大小含量進行波長調(diào)節(jié)，抗散射干擾等多項功能。

此外紫外可見光譜水質(zhì)參數(shù)檢測技術(shù)，無需添加化學試劑，在檢測過程中不會對檢測水體造成二次污染，具備長期檢測的條件，可以用于污水處理廠的水體檢測工作。因此紫外水質(zhì)分析技術(shù)未來應(yīng)向著高穩(wěn)定性、高準確性、低污染性、分析速度快等方向發(fā)展。

3.2 可能面臨的一些問題

3.2.1 探頭設(shè)計問題

探頭是決定儀器分析效率和分析精度的重要組成部件，由于水質(zhì)分析儀器需要長期復雜環(huán)境中工作，因此需要提高探討的抗干擾能力，提高探頭的環(huán)境適用性。但根據(jù)儀器的監(jiān)測原理，光程越高，則測量精度越好，但相應(yīng)的其穩(wěn)定性會逐步降低，反之則光程月底，測量精度變低，但穩(wěn)定性身高，因此，光譜探頭未來的發(fā)展方向是逐步平衡上述問題，在確保精度的基礎(chǔ)上，盡可能的提高檢檢測穩(wěn)定性。

3.2.2 干擾降低問題

紫外一可見光譜水質(zhì)監(jiān)測，往往要求采集被檢測水體紫外一可見全光譜，而由于實際測量過程中，因為光電轉(zhuǎn)換、光路、光源及噪聲干擾，往往對光譜會造成一定影響，如果直接采用測得數(shù)據(jù)進行分析，往往會使得測量精度降低，并直接影響各個水質(zhì)參數(shù)結(jié)算，所以必須要切實研究合適的紫外一可見光譜預(yù)處理辦法，以降低干擾。