基于紫外可见光谱的水下多参数水质检测技术研究

徐世俊

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

随着我国环境问题的日益严重，国家及地方政府加大了对环境保护的重视，相继制定了不少的措施，对保护生态环境发挥了重要的作用。水资源是保证人们生存及生态发展起到重要作用，但近些年水质的不断恶化也为生态环境的保护带来了影响。保护水质被作为环境保护的重点，应作为重点进行考虑，加强监测对保护水质具有积极作用[1]。而传统水质监测技术由于多采用化学方法，测试周期长，所使用药剂多，且操作复杂，容易造成二次污染，对实现水质的快速有效检测具有阻碍作用。紫外可见光谱的使用对实现在线水质监测起到了积极作用。

1 大凌河地区水质实际情况分析

大凌河是辽宁省重要的河流，对辽宁省生态保护及经济发展起到了积极的作用。该流域总面积约7000多km2，对保证朝阳市等附近区域的人类及生物生存起到了积极作用。据调查资料显示，大凌河流域近年来由于工业的发展及人们生活的日益频繁，污水大量随意排放，对水资源造成了极大的污染，水质环境日益恶化，对生态发展带来了极大影响。根据目前相关部门所进行的水质监测数据显示，大凌河流域水质相关指标已严重超标，对生态环境的发展造成也严重影响。如大凌河流域由于污水的大量排放，导致水体氮磷等物质严重超标，水体富营养化严重，导致一些藻类等严重繁殖，导致水体氧气缺乏，影响水中生物的生存，造成水体生态发生严重破坏，危机其发展[2]。

2 应用原理及技术分析

2.1 工作原理

对于紫外可见光谱用于对水质进行监测，由于其具有监测速度快及操作简单等优点，被广泛使用。近些年，在对水质进行监测中，紫外可见光谱法所涉及的技术主要包括化学计量法及连续光谱法等，在对实现水质快速检测具有重要作用[3]。基于现有紫外可见光谱法用于水质监测，主要可实现对TOC，COD及N03等水质参数的监测，测试方法简单且速度较快，在临床具有较好的应用价值。紫外可见光谱法用于水质监测，其主要原理是基于物质分子结构的特性，可在不同光谱曲线内存在不一样的吸收峰。其主要原理Wie朗伯-比尔定律，已建立不同波长下的水质参数关系，并通过一定的数学关系对水质进行反推，实现对水质指标的监测。根据实际情况，紫外可见光谱检查中具有测试时间短及无化学试剂等，提高了测试精度。与此同时，该方法操作简单且测试设备体积小，在一定程度上实现了对水质的在线监测，在现有水质监测中被广泛使用[4]。

2.2 水质检测技术方法研究

(1)COD(化学需氧量)是水质监测的重要技术指标，其主要测试方法是在强氧化极的作用下计算水体所消耗氧化剂的量，其结果反映了水体受还原性物质污染的程度。目前，常采用的方式主要有重络酸盐法及高锰酸钾法等；而随着技术的进步，该方法逐渐被改进与替代，如新出现的微波消解法、库伦滴定法等，此外还有紫外吸收法等。虽然测试方式得以有效改进，但仍不能满足实际快速检测之需要。

(2)硝酸盐氮检测，目前常见的有依据GB7480- 87所进行的酚二磺酸风光光度法，其主要机理是硝酸盐在无水情况下与酚二磺酸反应生成硝基二磺酸酚，在氨水调节下生成黄色硝基酚，并放入比色皿于410μm的波长下测定其吸光度，具体化学反应如下：

C6H5OH+H2S04=C6H5(OH)(SO3H)2+2H20

此外，对于该指标的监测，离子交换色谱法也是常用的方法，如水样中，待测阴离子随碳酸盐水溶液冲洗中进行保护柱及分离柱，并结合分离柱对各阴离子的不同亲和度进行分离，通过测定各阴离子组分的电导率而实现对其指标含量的定性定量测定。同时，该种方式对于测试水中的可溶性氟化物及硫酸盐也具有一定的价值。该种方式选择性好且灵敏度高等，实现了快速监测，但操作较为复杂且价值昂贵，不宜长时间使用[5]。

3 应用分析

大凌河流域这些年由于工业废水及居民生活污水的排放等导致水体受到较大污染，加强治理迫在眉睫；但由于水体相关检测技术的不完善，导致水质指标不能及时检测，对实现其治理较为困难。本文结合紫外可见光谱法对水质监测的相关指标监测进行说明。

3.1 化学需氧量测定

紫外分光光谱水质监测仪的使用对实现化学需氧量的测定起到了积极作用。对于采用紫外分光光谱实现对COD指标的监测，邻苯二甲酸氢钾是其标准溶液，准确配置并减少误差能保证测试数据的有效性及完整性[6]。邻苯二甲酸氢钾被还原，其耗氧量为1.176g，即实际测定中，邻苯二甲酸氢钾对应COD值为1.176g。同时，为保证测试干扰，选用蒸馏水作为溶剂是主要选择。配置前应在120℃温度下进行烘干，以排除药品中所含有的水分。后用1/10000的天平称取0.8503g药品放入蒸馏水中进行溶解，并盛入1000mL的容量瓶中定容至1000mL，即可得到COD为1000mg/L的溶液。

对上述已配置的溶液，按照一定比例进行稀释，配置成不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液，并在254nm及280nm的吸光度，绘制标准曲线。经研究发现，在254nm及280nm的吸光度与COD值之间具有较好的相关性。对于此，为进一步确认紫外水质监测技术的应用，采用该种方式结合传统COD监测技术进行说明，就大凌河区域的水体COD值进行监测，具体测试数据见表1。

表1 大凌河不同监测方法下的COD监测值分析 单位：mg/L

由以上统计数据分析，采用紫外分光光谱法测定的数据，结果与采用重铬酸钾法进行测定，且数据基本一致，可见其正确性；与此同时，测试速度快，如利用紫外光谱水质监测仪可实现对水质的在线监测，在实际使用中具有积极应用价值[7]。采用该种方式，对大凌河不同区域的水质进行监测，研究发现，在人口密集区及工业生产区，其水质中的COD值较高，而郊区由于水质受到的污染较少，COD含量较低，其结果与预测值基本一致。

3.2 硝酸盐氮相关指标测定

对于采用紫外可见光谱法实现对硝酸盐氮的监测，其测试方法与COD值监测基本一致。首要步骤应为配置标准溶液，获得不同吸光度值下的标注曲线，以实现对比测定。关于硝酸盐氮测定所选用的标准溶液为硝酸钾溶液，纯度应为分析纯，同时，为保证其使用中不会发生变质等情况，配置完成后应加入2mL三氯甲烷进行保存，存储时间可延长至6个月。如实际测量中，称取0.722g的硝酸钾定容至1000mL，即可得到100mg/L的硝酸盐氮；后按照一定比例稀释至不同浓度，并在220nm光度下测定其吸光度，以便绘制标准曲线。

通过以上方式，分别对大凌河流域水质进行监测，同时采用麝香草酚风光光度法进行对比，数据证明，采用紫外分光光度法测定水体中硝酸盐氮的含量，其测试结果与使用传统方式(即麝香草酚风光光度法)进行对比，测试结果基本类似，其平均误差约3%，数据在允许误差范围内。因此，采用紫外分光光谱法对水体中的硝酸盐氮含量进行测试，具有较好的效果，测试优点如3.1中COD测定优势，在实际应用中可取得一定效果。

3.3 色度测定

颜色是水质外观的重要指标，对于水质而言，一般包括真色与表色两种。其中，真色为去除水体中悬浮物的颜色，而表色则为未去除表面悬浮物的颜色。一般情况下，对于清洁及浊度低的水，真色与表色基本一致，而对于工业废水，由于其水体内部含有大量的胶体及其他物质，两种颜色差异较大[8]。依据GB11903- 99标准所述，采用氯铂酸钾和氯化钻配制而成的系列色度标准溶液与样品颜色进行对比，其确定其样品色度。该种方式不适用于与标准溶液色调不一致的样品的测定。研究发现，采用紫外可见光谱法测定样品色度，设定其吸收峰为350nm，其色度范围与采用传统方法进行测定，其结果基本吻合相对误差在4%范围内，因此，可以说，采用紫外可见光谱水质自动检测仪在350nm吸光度下实现对水体色度的测试，测试结果证明方法切实可行，满足实际测试要求[9]。

3.4 浊度测定

对于以上对提及的水质几个相关指标采用紫外可见光谱时下检测具有较好的效果。而对于浊度测试来讲，测试过程应尽量快才能保证其测试准确度，而传统测试方法，测试过程复杂，且如采用对比法，误差较大，对实际数据参考无实际价值。紫外可见光谱法进行对水体浊度的测试，其结果具有极大的应用效果。如在680nm吸光度下采用紫外可见光谱水质自动检测仪实现对大凌河区域水质的测试，测试结果与采用传统测试方法基本一致，且测试速度更快，结果更准确，可取得较好使用效果[10]。

4 结语

综上所述，水质指标作为环境治理及生态保护的重要依据被广大学者及业内人士高度重视。而基于目前实际情况，在对水质指标监测中，无法对其进行及时快速监测是其难点，也是不足。笔者结合实际情况，就紫外可见光谱法测定水质的基本原理及大凌河流域中的应用情况进行了说明，举例及通过与传统测试方法的对比，说明了采用紫外可见光谱法测定水质相关指标的有效性及准确性，以便为该方法在实际检测中的应用提供参考依据。

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