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水质监测技术中应用紫外光谱分析的相关研究

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摘要：水质的优劣不仅与工农业生产安全和人类健康密切相关，而且还依赖于水质检测技术做保障，以此评判、预测和监测水质的优劣。诚然，传统的仪器检测设备可以对水质参数进行检测，但一般只对单一参数进行测量。例如，水质COD、TOC、TURB和NO3-N等参数的检测，其通常需要COD分析仪，TOC分析仪，浊度计，NO3-N分析仪等设备进行单独测量，这不仅不利于数据的整合，而且还增加了检测成本。近年来，作为光谱分析的水质检测技术之一的紫外-可见光吸收光谱法，它不仅摒弃了化学分析和电化学分析及色谱分析等水质检测技术水样预处理繁杂、测量周期长、所需化学试剂多的缺点，而且还具有检测速度快、成本低和可实现在线、原位测量等优点，日渐为世人所瞩目。然而，目前的紫外-可见光吸收光谱法，一般为单一参数在线检测，国内尚不能实现水质COD、TOC、TURB、NO3-N的多参数同时在线检测。

关键词：紫外-可见光谱法；水质多参数；问题

1前言

近年来，随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，暴露的环境污染问题也日趋严重，特别地，水污染由于与人们生产、生活密切相关而备受关注。

水质自动检测仪器设备，它主要应用于江河断面或饮用水源地等地表水水质检测，污水处理厂污水处理的各个工艺环节对城市生活污水的水质检测。通常，检测某一水质参数需要与之对应的检测设备，检测多个水质参数由于检测机理及传感器的不同而需要多台设备。对同一水体，我们通常关注多个参数，比如水质常规五参数——PH、水温、浊度、电导率、溶解氧。然而，就检测方法而言，部分参数的检测本身就具有相似性，通常只需将传感信号进行特殊的信息处理即可得到不同的水质参数。而且，几乎所有在线水质检测设备都包含采水、测量、清洗、电源、显示、存储等装置，多参数检测重复的设备投入势必增加水质检测的成本。依据当前的市场调研，水质在线检测设备价格昂贵。据不完全统计，国外知名公司生产的COD在线检测仪售价通常在人民币20万以上；在线TOC分析仪25万以上；在线TURB仪2.5万左右；在线NO3-N分析仪也在5万左右，且不包括相关试剂耗材、安装验收、设备维护费等费用。因此，在测量原理可行的基础上，实现同一设备的多参数检测具有重要意义。

2国内外研究现状

近年来，随着水污染问题的日益严重以及人们对环境问题的不断关注，水污染检测技术获得了快速发展。检测手段的进步得益于新材料的广泛使用和集成电路的迅猛发展，而分析精度的提高主要依赖于计算机复杂运算能力的提高和化学计量法的广泛使用。基于此，国内外科研机构和分析仪器厂商投入大量人力物力进行水质检测方面的研究，相继研发出一批性能优良的水质检测设备。下面，本文将从水质检测方法分类、直接紫外-可见光谱法水质检测技术、水质在线检测的发展趋势以及存在的关键技术问题等方面进行综述。

2.1水质检测方法

目前，常见的水质检测方法分类，如图1所示。

图1水质检测方法的分类

由图可见，传统的化学分析法较为成熟，适用于绝大部分水质参数检测，其具有适用范围广、分析精度高、可靠性高，可重复性好等优点。但传统化学分析法存在操作复杂、需消耗试剂、存在二次污染且测量周期长，难以实现在线检测等缺点。

电化学分析法主要依赖于电化学传感器的制备，其主要依据水中特定离子或分子与电极表面物质发生电化学反应，引起检测电路的电流或电压变化，再通过检测电路中电或电流变化的大小来反映水体的特定参数指标，该法具有选择性好、灵敏度高、仪器小巧等优点。但电化学分析法同时存在使用寿命短，检测指标单一，多参数需要多个传感器，且需要不同的检测电路匹配，电化学传感器的制备复杂等问题。

物理方法水质检测有色谱法、质谱法和直接光谱技术几种。色谱分离技术主要应用于水中苯系物、农药残留等物质的测试，它具有分析精度高、重复性好等优点，但色谱分离技术存在分析仪器复杂昂贵、维护成本高、样品需前处理、测试周期长、需专业人员操作等问题。质谱技术通常与色谱技术联用于水质检测，与色谱分离技术相似，同样存在设备昂贵、分析复杂等缺点，且其分析范围有限，仅适用于分析水中多环芳烃等工业有机物的量，或应用于测定水中农药残留的量。

2.2水质参数的紫外-可见光谱检测技术

水质紫外-可见光谱法检测系统的核心技术，主要包括连续光谱检测技术和化学计量分析方法。连续光谱检测技术主要由分光光度技术发展而来，其决定了系统的分辨率、稳定性和可靠性；而适用于特定系统、特定场景的化学计量分析方法，则决定了系统的分析速度与精度

目前，紫外-可见光谱分析法水质检测技术主要应用于水质COD、TOC、TURB和NO3-N等参数的分析测试。按照检测方式的不同，紫外-可见光谱法分析水质参数主要有：单波长分析法、双波长补偿法、多波长分析法和连续光谱分析法几种。

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