光谱分析的紫外水质检测技术研究

光谱分析的紫外水质检测技术研究

潘诗扬

南京源港精细化工有限公司 江苏南京 210000

摘要：水是生命之源，水质关系到人们身体健康。由于工业生产、农业生产以及大气污染等造成的水污染问题已经成为人类发展面临的重要问题。水质检测可以及时的了解水环境的制冷和污染问题，并采取有效的措施进行控制。紫外光谱水质检测技术具有检测速度快、准确性高、成本低、针对性强等优点，将其应用在水质检测过程中，可以快速检测水质的各类成分，为水环境的检测提供参考。本文首先阐述了紫外光谱分析技术的工作原理，并采用归一化和光谱直接比对的方式对邻苯二甲氢钾溶液、取样水进行试验，从而建立水质检测的数据模型，提高紫外水质检测技术的准确性。

关键词：紫外光谱分析技术；水质检测；水污染

引言：

由于工业废水、城市生活污水、农业生产用水没有经过有效的处理，直接排放到江河湖泊中，导致水污染问题。根据相关数据显示，我国当前30%以上的饮水水水质不达标，40%以上的河道上不达标，超过70%的湖泊水水质不达标。通过水质检测技术可以检查水的色度、浑浊度、化学需氧量、细菌总数、微生物、霉菌、余氯、藻类等相关指数是否达到用水相关标准，从而确保饮用水的安全。常用的水质检测技术有色谱分析技术、原子光谱技术、化学分析技术、滴定技术等技术，其中紫外光谱分析技术在饮用水、工业废水等水环境检修中具有操作简单、实时准确、成本低等优势，广泛应用在水环境监测工作中。

1.紫外光谱分析技术工作原理

紫外光谱分析技术主要用来检测紫外光区的光，紫外可见光区范围在200—800nm之间，如果紫外光区的污染物吸收一定紫外光时，污染物的分子电子发生转移，由此产生的分子吸收光谱就是紫外可见光谱，简称紫外光谱。紫外可见光区可以分为远紫外区、紫外区、可见光区三个区域，其中远紫外区的可见光范围在10—190nm，也称为真空紫外区，一般氧气、氮气、二氧化碳等对这个范围的紫外光吸收比较强烈；紫外区的可见光范围在190—400nm；可见光区的范围在400—800nm。紫外光谱分析仪可以检测紫外光区和可见光区的各类物质，所以又称为紫外可见光谱技术^[1]。紫外光谱分析技术是利用检测样品中的分析吸收一定的紫外光，如果此时的紫外光能量同分子基态与高能态能量的差额相同，则分子会发生能量迁移，从而导致电子发生跃迁，电子从E0跃迁到E1，紫外光谱仪可以记录电子发生跃迁的过程，从而得到紫外光谱。

2.光谱分析的紫外水质检测技术

紫外光谱水质检测技术主要由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要是由光路系统、光电接收/转换系统、控制系统、采集信息系统以及样品池等构成，软件部分主要是用于分析检测样品光谱的软件。用紫外光谱仪器检测水质时，样品吸收的紫外光源经过分光系统分解成不同的光谱，分光系统会根据样品中测量的物质量选择相应的光谱，水质样品池中的一部分样品被吸收，另外一部分转换成电信号，并将电信号传输给光谱分析仪中央处理器，按照系统设置的紫外光谱计算方式，计算出检测样品物质的量，并将其在电子屏上显出出来^[2]。

2.1紫外吸光度法检测化学需氧量

从不同的地方采集四种水样，用紫外光谱分析仪检测水样的光谱，并在245nm位置建立吸光度值和化学需氧量的模型，其结果如表1A₂₅₄

表1 四个样品的氢原子光谱

标注：A表示溶液吸光度 R²表示氢原子光谱

通过表1可以看出，四个样品的氢原子光谱都大于0.99，说明吸光度值和化学需氧量的线性比较好，根据吸光度值可以反演出样品的化学需氧量。但是根据得到的四个水样数学模型，发现四个水样的线性模型存在一定的差异，因此用其中的某一个数学模型去反映另外水样的化学需氧量存在一定的误差。因此，单波长法建立的固定数学模型不适合检测组分不同的水样成分。

2.2光谱分析的紫外水样检测试验

2.2.1邻苯二甲酸氯钾溶液试验

用玻璃杯调配10个浓度不同的邻苯二甲酸氯钾溶液，并测量10个不同浓度溶液的吸收光谱，并将溶液的光谱进行归一化和直接对比处理，发现大部分样品的波动最大百分比小于10%，每一个样品归一化处理的光谱波动小于5%，说明溶液的归一化光谱重合。直径对比拟合10个溶液的直线R²数值超过0.99，溶液呈线性特征。说明组分相同但是浓度不同的溶液，溶液经过归一化处理后光谱重合，直接对比拟合直线呈线性特征。

2.2.2水样试验

从某湖泊水中同一个位置同时采集两份水样，用去离子水将其中一份水样稀释成浓度不同的8份溶液，并用重络酸钾滴定测量溶液的化学需氧量，用紫外光谱水质检测仪测量溶液的吸收光谱，并建立吸光度值和化学需氧量的线性模型，进行归一化处理，发现9份溶液经过归一化处理后光谱重合，溶液的直接对比拟合曲线呈线性特点，其光谱计算结果如下：

表2 同一水样不同浓度溶液的光谱计算结果

标注：P表示组态，q表示光带

2.2.3混合溶液试验

按照光谱水质检测要求，用玻璃杯配置邻苯二酸氢钾与浊度的混合液，混合液的浓度为2：5，通过归一化和直接对比处理后，发现溶液的归一化光谱重合，混合液的直接对比拟合曲线为线性特征。利用紫外光谱分析仪的检测混合液，发现不同浓度的混合液的光谱图存在一定的差异，其中混合液的浓度越大，则混合的光度吸收值越大，直接对比拟合曲线斜率越大。由此说明归一化处理不同浓度的混合溶液光谱差异比较大，且溶液的浓度相差越大则差异越明显，这说明混合溶液的浓度数值越大，则溶液的吸收系数差异越大^[3]。

结束语：

综上所述，通过试验发现用紫外光谱分析仪测量水质，发现水样吸光度和化学需氧量之间存在一定的线性关系，通过紫外光谱分析仪可以快速、准确测量出水质中的化学需氧量。并利用归一化和光谱直接比对方式，可以减少不同水样差异带来的计算误差，提高水质检测的准确性。

参考文献：

[1]王玉军.光谱分析的紫外水质检测技术研究[J].环境与发展,2020,32(5):101-102.

[2]朱娜.对基于光谱分析的紫外水质检测技术的几点探讨[J].建材与装饰,2019,(30):211-211.

[3]张庆娥.基于光谱分析的紫外水质检测技术[J].中国化工贸易,2017,9(19):96-96.