全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測技術分析

王春梅+張文革

摘 ?要 ?在某種特定條件下，將強氧化劑投入水時消耗氧化劑的量，即為化學耗氧量（COD），水質(zhì)監(jiān)管部門可根據(jù)該數(shù)值判斷水體有機污染嚴重程度，是評估水質(zhì)的重要指標。近年來，水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測需求與日俱增，如何充分發(fā)揮出技術優(yōu)勢，落實好水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測工作是每一位從業(yè)者均需認真思考的一個問題。本文結合全光譜的原理特點，構建了一種基于全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量監(jiān)測系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的可行性進行了分析。

關鍵詞 ?全光譜;化學耗氧量;水質(zhì)監(jiān)測

中圖分類號：X832 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0061-01

水體COD的測定方法有很多種，其中以高錳酸鉀鹽指數(shù)法最為常見。不過，傳統(tǒng)的檢測方法分析周期長，容易受到各方面因素干擾，出現(xiàn)監(jiān)測結果不穩(wěn)定的情況。相較之下，光學法檢測水質(zhì)耗氧量優(yōu)勢更明顯，無需消耗試劑，監(jiān)測準確度高，分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境水樣的在線監(jiān)測。本文對全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量在線檢測技術進行研究，為光學分析法在水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測中的應用價值提供可靠依據(jù)。

1 ?全光譜分析水質(zhì)化學耗氧量的基本原理

光學檢測法最早起源于20世紀60年代，國外研究人員首次提出，使用紫外線吸收光譜法測量COD。光學法檢測從最初的單波長法、雙波長法逐漸演變成全光譜法。相較于其他兩種方法，單/雙波長光度計結構簡單，操作方便，不過該方法的使用具有一定局限性，往往只能對成分單一的水質(zhì)進行COD檢測。當水樣水質(zhì)復雜，有機物組分多時，使用單/雙波檢測準確度并不高。

相較之下，全光譜法檢測COD效果更為理想，大多數(shù)有機物均能在200～400nm紫外波段被吸收，所以檢測人員完全可以通過對水中有機物在紫外波段的吸光度值，了解水體中的有機物含量，最終為水中有機物的定性、定量測量創(chuàng)造有利條件。

全光譜法COD監(jiān)測系統(tǒng)選擇的是流通式進水方式，進水口處設有水泵控制系統(tǒng)，能夠控制水流速度，排水處設有電磁閥，能夠控制排水流量。光源由光纖燈射出，波長范圍為200～1100nm。光源在光纖的護送下進入樣品池，樣品池兩側(cè)各設有型號為SMA980接口，以確保入射光與透射光的傳輸速率有所保障。樣品池四周配有透鏡組，光譜檢測設備以微型光譜儀作為檢測終端，主要功能為采集光譜型號?？刂茊卧菧y量系統(tǒng)在的重要環(huán)節(jié)，主要功能是控制光源輸出，協(xié)調(diào)好進水泵、電磁閥等系統(tǒng)組成部分的工作。

2 ?基于全光譜分析COD的實踐應用

1）實驗數(shù)據(jù)的選擇。

本次研究使用5種不同COD的鄰苯二甲酸氫鉀溶液，5種溶液投入水體中吸光度光譜圖詳情如圖1所示，經(jīng)檢測證實波長范圍大約在250～700nm之間。由圖1不難發(fā)現(xiàn)，5種濃度的溶液在400～700nm波段中無明顯吸收。故本文將250～450min波段范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，作為本次實驗數(shù)據(jù)。

2）系統(tǒng)模型的構建。經(jīng)實驗獲取光譜值后，采集原始光譜時一般會產(chǎn)生大量噪音，利用小波濾波的方法對光譜進行預處理，能有效改善環(huán)境中的散光干擾，光譜計算結果也會更為準確。吸光度計算公式為：A=-lg（I/In），其中A代表吸光度，I代表投射光強度，In代表入射光強度。按照吸光度計算結果，將特征波長處吸光度用作模型計算。

圖1 ?250～700nm波長吸光度曲線

參量繁衍數(shù)學模型：將250～450min博長短的吸收光譜分為若干個區(qū)間，構建吸光度系數(shù)α與濃度c的方程式。取任意一個區(qū)間的中心波長作為特征波長，特征波長設為n。精處理后特征光譜映射為COD值的特征向量，故可得出以下計算公式：x0α10+x1am1|+∧+xnnαmn=cm。其中α代表吸光度，x代表傳遞系數(shù)，c代表COD值。故吸光度α可經(jīng)計算得出。正式獲取COD值后，可通過最小二乘法，對方程組進行多元線性回歸處理。本組研究數(shù)據(jù)中，n值設為25，m值設為40。

3）精密度監(jiān)測分析。選用COD值為為20mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，對水樣測定15次，相對偏差低于3.2%，精密度符合標準。對質(zhì)量濃度為1.0mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液進行平行檢測，共計10次，經(jīng)計算得出檢出值為0.1521mg/L。

4）水樣COD檢測。

本組式樣制造18種模擬水樣，利用本文涉及的檢測系統(tǒng)，對水樣COD進行檢測，并通過實驗室測量數(shù)據(jù)加以驗證。由設計本模型建立的最小二乘法模擬系統(tǒng)計算出的數(shù)據(jù)與實驗室檢測數(shù)據(jù)對比，為了解兩組數(shù)據(jù)現(xiàn)行關系，本文對兩組數(shù)據(jù)進行線性擬合，詳情如圖2所示。經(jīng)研究證實，兩組數(shù)值滿足線性關系。由此可知，模型計算結果和實驗室檢測數(shù)據(jù)吻合度高，模型計算結果的準確率得以證實，完全符合現(xiàn)場檢測的要求，具有良好的應用價值。

圖2 ?實驗室測量數(shù)據(jù)與模型計算數(shù)據(jù)的線性擬合

3 ?結束語

綜上所述，隨著先進技術的日益普及，各行各業(yè)均獲得了良好發(fā)展。本文結合水質(zhì)的光譜吸收特點，建立了一個以全光譜作為檢測法的水質(zhì)COD在線檢測模型。經(jīng)實驗證實，該模型計算結果與實驗室檢測數(shù)據(jù)基本吻合，準確率高，且無需消耗任何試劑，節(jié)約了檢測成本，完全符合實時監(jiān)測的要求，具備推廣應用的意義與價值。另外，有關該課題的研究還應繼續(xù)跟進，爭取通過技術的不斷改良，為水質(zhì)監(jiān)控事業(yè)做出更多貢獻。

參考文獻

[1]曾甜玲，溫志渝，溫中泉，等.基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2013，25（04）：1098-1103.

[2]魏康林，溫志渝，武新，等.基于紫外-可見光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2011，13（04）：1074-1077.

[3]項光宏，聞路紅，王靜，等.水質(zhì)在線監(jiān)測技術研究及應用[J].控制工程，2010，26（11）：111-113.endprint

摘 ?要 ?在某種特定條件下，將強氧化劑投入水時消耗氧化劑的量，即為化學耗氧量（COD），水質(zhì)監(jiān)管部門可根據(jù)該數(shù)值判斷水體有機污染嚴重程度，是評估水質(zhì)的重要指標。近年來，水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測需求與日俱增，如何充分發(fā)揮出技術優(yōu)勢，落實好水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測工作是每一位從業(yè)者均需認真思考的一個問題。本文結合全光譜的原理特點，構建了一種基于全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量監(jiān)測系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的可行性進行了分析。

關鍵詞 ?全光譜;化學耗氧量;水質(zhì)監(jiān)測

中圖分類號：X832 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0061-01

水體COD的測定方法有很多種，其中以高錳酸鉀鹽指數(shù)法最為常見。不過，傳統(tǒng)的檢測方法分析周期長，容易受到各方面因素干擾，出現(xiàn)監(jiān)測結果不穩(wěn)定的情況。相較之下，光學法檢測水質(zhì)耗氧量優(yōu)勢更明顯，無需消耗試劑，監(jiān)測準確度高，分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境水樣的在線監(jiān)測。本文對全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量在線檢測技術進行研究，為光學分析法在水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測中的應用價值提供可靠依據(jù)。

1 ?全光譜分析水質(zhì)化學耗氧量的基本原理

光學檢測法最早起源于20世紀60年代，國外研究人員首次提出，使用紫外線吸收光譜法測量COD。光學法檢測從最初的單波長法、雙波長法逐漸演變成全光譜法。相較于其他兩種方法，單/雙波長光度計結構簡單，操作方便，不過該方法的使用具有一定局限性，往往只能對成分單一的水質(zhì)進行COD檢測。當水樣水質(zhì)復雜，有機物組分多時，使用單/雙波檢測準確度并不高。

相較之下，全光譜法檢測COD效果更為理想，大多數(shù)有機物均能在200～400nm紫外波段被吸收，所以檢測人員完全可以通過對水中有機物在紫外波段的吸光度值，了解水體中的有機物含量，最終為水中有機物的定性、定量測量創(chuàng)造有利條件。

全光譜法COD監(jiān)測系統(tǒng)選擇的是流通式進水方式，進水口處設有水泵控制系統(tǒng)，能夠控制水流速度，排水處設有電磁閥，能夠控制排水流量。光源由光纖燈射出，波長范圍為200～1100nm。光源在光纖的護送下進入樣品池，樣品池兩側(cè)各設有型號為SMA980接口，以確保入射光與透射光的傳輸速率有所保障。樣品池四周配有透鏡組，光譜檢測設備以微型光譜儀作為檢測終端，主要功能為采集光譜型號?？刂茊卧菧y量系統(tǒng)在的重要環(huán)節(jié)，主要功能是控制光源輸出，協(xié)調(diào)好進水泵、電磁閥等系統(tǒng)組成部分的工作。

2 ?基于全光譜分析COD的實踐應用

1）實驗數(shù)據(jù)的選擇。

本次研究使用5種不同COD的鄰苯二甲酸氫鉀溶液，5種溶液投入水體中吸光度光譜圖詳情如圖1所示，經(jīng)檢測證實波長范圍大約在250～700nm之間。由圖1不難發(fā)現(xiàn)，5種濃度的溶液在400～700nm波段中無明顯吸收。故本文將250～450min波段范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，作為本次實驗數(shù)據(jù)。

2）系統(tǒng)模型的構建。經(jīng)實驗獲取光譜值后，采集原始光譜時一般會產(chǎn)生大量噪音，利用小波濾波的方法對光譜進行預處理，能有效改善環(huán)境中的散光干擾，光譜計算結果也會更為準確。吸光度計算公式為：A=-lg（I/In），其中A代表吸光度，I代表投射光強度，In代表入射光強度。按照吸光度計算結果，將特征波長處吸光度用作模型計算。

圖1 ?250～700nm波長吸光度曲線

參量繁衍數(shù)學模型：將250～450min博長短的吸收光譜分為若干個區(qū)間，構建吸光度系數(shù)α與濃度c的方程式。取任意一個區(qū)間的中心波長作為特征波長，特征波長設為n。精處理后特征光譜映射為COD值的特征向量，故可得出以下計算公式：x0α10+x1am1|+∧+xnnαmn=cm。其中α代表吸光度，x代表傳遞系數(shù)，c代表COD值。故吸光度α可經(jīng)計算得出。正式獲取COD值后，可通過最小二乘法，對方程組進行多元線性回歸處理。本組研究數(shù)據(jù)中，n值設為25，m值設為40。

3）精密度監(jiān)測分析。選用COD值為為20mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，對水樣測定15次，相對偏差低于3.2%，精密度符合標準。對質(zhì)量濃度為1.0mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液進行平行檢測，共計10次，經(jīng)計算得出檢出值為0.1521mg/L。

4）水樣COD檢測。

本組式樣制造18種模擬水樣，利用本文涉及的檢測系統(tǒng)，對水樣COD進行檢測，并通過實驗室測量數(shù)據(jù)加以驗證。由設計本模型建立的最小二乘法模擬系統(tǒng)計算出的數(shù)據(jù)與實驗室檢測數(shù)據(jù)對比，為了解兩組數(shù)據(jù)現(xiàn)行關系，本文對兩組數(shù)據(jù)進行線性擬合，詳情如圖2所示。經(jīng)研究證實，兩組數(shù)值滿足線性關系。由此可知，模型計算結果和實驗室檢測數(shù)據(jù)吻合度高，模型計算結果的準確率得以證實，完全符合現(xiàn)場檢測的要求，具有良好的應用價值。

圖2 ?實驗室測量數(shù)據(jù)與模型計算數(shù)據(jù)的線性擬合

3 ?結束語

綜上所述，隨著先進技術的日益普及，各行各業(yè)均獲得了良好發(fā)展。本文結合水質(zhì)的光譜吸收特點，建立了一個以全光譜作為檢測法的水質(zhì)COD在線檢測模型。經(jīng)實驗證實，該模型計算結果與實驗室檢測數(shù)據(jù)基本吻合，準確率高，且無需消耗任何試劑，節(jié)約了檢測成本，完全符合實時監(jiān)測的要求，具備推廣應用的意義與價值。另外，有關該課題的研究還應繼續(xù)跟進，爭取通過技術的不斷改良，為水質(zhì)監(jiān)控事業(yè)做出更多貢獻。

參考文獻

[1]曾甜玲，溫志渝，溫中泉，等.基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2013，25（04）：1098-1103.

[2]魏康林，溫志渝，武新，等.基于紫外-可見光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2011，13（04）：1074-1077.

[3]項光宏，聞路紅，王靜，等.水質(zhì)在線監(jiān)測技術研究及應用[J].控制工程，2010，26（11）：111-113.endprint

摘 ?要 ?在某種特定條件下，將強氧化劑投入水時消耗氧化劑的量，即為化學耗氧量（COD），水質(zhì)監(jiān)管部門可根據(jù)該數(shù)值判斷水體有機污染嚴重程度，是評估水質(zhì)的重要指標。近年來，水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測需求與日俱增，如何充分發(fā)揮出技術優(yōu)勢，落實好水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測工作是每一位從業(yè)者均需認真思考的一個問題。本文結合全光譜的原理特點，構建了一種基于全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量監(jiān)測系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的可行性進行了分析。

關鍵詞 ?全光譜;化學耗氧量;水質(zhì)監(jiān)測

中圖分類號：X832 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0061-01

水體COD的測定方法有很多種，其中以高錳酸鉀鹽指數(shù)法最為常見。不過，傳統(tǒng)的檢測方法分析周期長，容易受到各方面因素干擾，出現(xiàn)監(jiān)測結果不穩(wěn)定的情況。相較之下，光學法檢測水質(zhì)耗氧量優(yōu)勢更明顯，無需消耗試劑，監(jiān)測準確度高，分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境水樣的在線監(jiān)測。本文對全光譜分析的水質(zhì)化學耗氧量在線檢測技術進行研究，為光學分析法在水質(zhì)化學耗氧量在線監(jiān)測中的應用價值提供可靠依據(jù)。

1 ?全光譜分析水質(zhì)化學耗氧量的基本原理

光學檢測法最早起源于20世紀60年代，國外研究人員首次提出，使用紫外線吸收光譜法測量COD。光學法檢測從最初的單波長法、雙波長法逐漸演變成全光譜法。相較于其他兩種方法，單/雙波長光度計結構簡單，操作方便，不過該方法的使用具有一定局限性，往往只能對成分單一的水質(zhì)進行COD檢測。當水樣水質(zhì)復雜，有機物組分多時，使用單/雙波檢測準確度并不高。

相較之下，全光譜法檢測COD效果更為理想，大多數(shù)有機物均能在200～400nm紫外波段被吸收，所以檢測人員完全可以通過對水中有機物在紫外波段的吸光度值，了解水體中的有機物含量，最終為水中有機物的定性、定量測量創(chuàng)造有利條件。

全光譜法COD監(jiān)測系統(tǒng)選擇的是流通式進水方式，進水口處設有水泵控制系統(tǒng)，能夠控制水流速度，排水處設有電磁閥，能夠控制排水流量。光源由光纖燈射出，波長范圍為200～1100nm。光源在光纖的護送下進入樣品池，樣品池兩側(cè)各設有型號為SMA980接口，以確保入射光與透射光的傳輸速率有所保障。樣品池四周配有透鏡組，光譜檢測設備以微型光譜儀作為檢測終端，主要功能為采集光譜型號?？刂茊卧菧y量系統(tǒng)在的重要環(huán)節(jié)，主要功能是控制光源輸出，協(xié)調(diào)好進水泵、電磁閥等系統(tǒng)組成部分的工作。

2 ?基于全光譜分析COD的實踐應用

1）實驗數(shù)據(jù)的選擇。

本次研究使用5種不同COD的鄰苯二甲酸氫鉀溶液，5種溶液投入水體中吸光度光譜圖詳情如圖1所示，經(jīng)檢測證實波長范圍大約在250～700nm之間。由圖1不難發(fā)現(xiàn)，5種濃度的溶液在400～700nm波段中無明顯吸收。故本文將250～450min波段范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，作為本次實驗數(shù)據(jù)。

2）系統(tǒng)模型的構建。經(jīng)實驗獲取光譜值后，采集原始光譜時一般會產(chǎn)生大量噪音，利用小波濾波的方法對光譜進行預處理，能有效改善環(huán)境中的散光干擾，光譜計算結果也會更為準確。吸光度計算公式為：A=-lg（I/In），其中A代表吸光度，I代表投射光強度，In代表入射光強度。按照吸光度計算結果，將特征波長處吸光度用作模型計算。

圖1 ?250～700nm波長吸光度曲線

參量繁衍數(shù)學模型：將250～450min博長短的吸收光譜分為若干個區(qū)間，構建吸光度系數(shù)α與濃度c的方程式。取任意一個區(qū)間的中心波長作為特征波長，特征波長設為n。精處理后特征光譜映射為COD值的特征向量，故可得出以下計算公式：x0α10+x1am1|+∧+xnnαmn=cm。其中α代表吸光度，x代表傳遞系數(shù)，c代表COD值。故吸光度α可經(jīng)計算得出。正式獲取COD值后，可通過最小二乘法，對方程組進行多元線性回歸處理。本組研究數(shù)據(jù)中，n值設為25，m值設為40。

3）精密度監(jiān)測分析。選用COD值為為20mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，對水樣測定15次，相對偏差低于3.2%，精密度符合標準。對質(zhì)量濃度為1.0mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液進行平行檢測，共計10次，經(jīng)計算得出檢出值為0.1521mg/L。

4）水樣COD檢測。

本組式樣制造18種模擬水樣，利用本文涉及的檢測系統(tǒng)，對水樣COD進行檢測，并通過實驗室測量數(shù)據(jù)加以驗證。由設計本模型建立的最小二乘法模擬系統(tǒng)計算出的數(shù)據(jù)與實驗室檢測數(shù)據(jù)對比，為了解兩組數(shù)據(jù)現(xiàn)行關系，本文對兩組數(shù)據(jù)進行線性擬合，詳情如圖2所示。經(jīng)研究證實，兩組數(shù)值滿足線性關系。由此可知，模型計算結果和實驗室檢測數(shù)據(jù)吻合度高，模型計算結果的準確率得以證實，完全符合現(xiàn)場檢測的要求，具有良好的應用價值。

圖2 ?實驗室測量數(shù)據(jù)與模型計算數(shù)據(jù)的線性擬合

3 ?結束語

綜上所述，隨著先進技術的日益普及，各行各業(yè)均獲得了良好發(fā)展。本文結合水質(zhì)的光譜吸收特點，建立了一個以全光譜作為檢測法的水質(zhì)COD在線檢測模型。經(jīng)實驗證實，該模型計算結果與實驗室檢測數(shù)據(jù)基本吻合，準確率高，且無需消耗任何試劑，節(jié)約了檢測成本，完全符合實時監(jiān)測的要求，具備推廣應用的意義與價值。另外，有關該課題的研究還應繼續(xù)跟進，爭取通過技術的不斷改良，為水質(zhì)監(jiān)控事業(yè)做出更多貢獻。

參考文獻

[1]曾甜玲，溫志渝，溫中泉，等.基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2013，25（04）：1098-1103.

[2]魏康林，溫志渝，武新，等.基于紫外-可見光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2011，13（04）：1074-1077.

[3]項光宏，聞路紅，王靜，等.水質(zhì)在線監(jiān)測技術研究及應用[J].控制工程，2010，26（11）：111-113.endprint