基于紫外可見光譜的水下多參數(shù)水質(zhì)檢測技術(shù)研究

徐世俊

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

隨著我國環(huán)境問題的日益嚴重，國家及地方政府加大了對環(huán)境保護的重視，相繼制定了不少的措施，對保護生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了重要的作用。水資源是保證人們生存及生態(tài)發(fā)展起到重要作用，但近些年水質(zhì)的不斷惡化也為生態(tài)環(huán)境的保護帶來了影響。保護水質(zhì)被作為環(huán)境保護的重點，應(yīng)作為重點進行考慮，加強監(jiān)測對保護水質(zhì)具有積極作用[1]。而傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)由于多采用化學方法，測試周期長，所使用藥劑多，且操作復雜，容易造成二次污染，對實現(xiàn)水質(zhì)的快速有效檢測具有阻礙作用。紫外可見光譜的使用對實現(xiàn)在線水質(zhì)監(jiān)測起到了積極作用。

1 大凌河地區(qū)水質(zhì)實際情況分析

大凌河是遼寧省重要的河流，對遼寧省生態(tài)保護及經(jīng)濟發(fā)展起到了積極的作用。該流域總面積約7000多km2，對保證朝陽市等附近區(qū)域的人類及生物生存起到了積極作用。據(jù)調(diào)查資料顯示，大凌河流域近年來由于工業(yè)的發(fā)展及人們生活的日益頻繁，污水大量隨意排放，對水資源造成了極大的污染，水質(zhì)環(huán)境日益惡化，對生態(tài)發(fā)展帶來了極大影響。根據(jù)目前相關(guān)部門所進行的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，大凌河流域水質(zhì)相關(guān)指標已嚴重超標，對生態(tài)環(huán)境的發(fā)展造成也嚴重影響。如大凌河流域由于污水的大量排放，導致水體氮磷等物質(zhì)嚴重超標，水體富營養(yǎng)化嚴重，導致一些藻類等嚴重繁殖，導致水體氧氣缺乏，影響水中生物的生存，造成水體生態(tài)發(fā)生嚴重破壞，危機其發(fā)展[2]。

2 應(yīng)用原理及技術(shù)分析

2.1 工作原理

對于紫外可見光譜用于對水質(zhì)進行監(jiān)測，由于其具有監(jiān)測速度快及操作簡單等優(yōu)點，被廣泛使用。近些年，在對水質(zhì)進行監(jiān)測中，紫外可見光譜法所涉及的技術(shù)主要包括化學計量法及連續(xù)光譜法等，在對實現(xiàn)水質(zhì)快速檢測具有重要作用[3]。基于現(xiàn)有紫外可見光譜法用于水質(zhì)監(jiān)測，主要可實現(xiàn)對TOC，COD及N03等水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測，測試方法簡單且速度較快，在臨床具有較好的應(yīng)用價值。紫外可見光譜法用于水質(zhì)監(jiān)測，其主要原理是基于物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的特性，可在不同光譜曲線內(nèi)存在不一樣的吸收峰。其主要原理Wie朗伯-比爾定律，已建立不同波長下的水質(zhì)參數(shù)關(guān)系，并通過一定的數(shù)學關(guān)系對水質(zhì)進行反推，實現(xiàn)對水質(zhì)指標的監(jiān)測。根據(jù)實際情況，紫外可見光譜檢查中具有測試時間短及無化學試劑等，提高了測試精度。與此同時，該方法操作簡單且測試設(shè)備體積小，在一定程度上實現(xiàn)了對水質(zhì)的在線監(jiān)測，在現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測中被廣泛使用[4]。

2.2 水質(zhì)檢測技術(shù)方法研究

(1)COD(化學需氧量)是水質(zhì)監(jiān)測的重要技術(shù)指標，其主要測試方法是在強氧化極的作用下計算水體所消耗氧化劑的量，其結(jié)果反映了水體受還原性物質(zhì)污染的程度。目前，常采用的方式主要有重絡(luò)酸鹽法及高錳酸鉀法等；而隨著技術(shù)的進步，該方法逐漸被改進與替代，如新出現(xiàn)的微波消解法、庫倫滴定法等，此外還有紫外吸收法等。雖然測試方式得以有效改進，但仍不能滿足實際快速檢測之需要。

(2)硝酸鹽氮檢測，目前常見的有依據(jù)GB7480- 87所進行的酚二磺酸風光光度法，其主要機理是硝酸鹽在無水情況下與酚二磺酸反應(yīng)生成硝基二磺酸酚，在氨水調(diào)節(jié)下生成黃色硝基酚，并放入比色皿于410μm的波長下測定其吸光度，具體化學反應(yīng)如下：

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

此外，對于該指標的監(jiān)測，離子交換色譜法也是常用的方法，如水樣中，待測陰離子隨碳酸鹽水溶液沖洗中進行保護柱及分離柱，并結(jié)合分離柱對各陰離子的不同親和度進行分離，通過測定各陰離子組分的電導率而實現(xiàn)對其指標含量的定性定量測定。同時，該種方式對于測試水中的可溶性氟化物及硫酸鹽也具有一定的價值。該種方式選擇性好且靈敏度高等，實現(xiàn)了快速監(jiān)測，但操作較為復雜且價值昂貴，不宜長時間使用[5]。

3 應(yīng)用分析

大凌河流域這些年由于工業(yè)廢水及居民生活污水的排放等導致水體受到較大污染，加強治理迫在眉睫；但由于水體相關(guān)檢測技術(shù)的不完善，導致水質(zhì)指標不能及時檢測，對實現(xiàn)其治理較為困難。本文結(jié)合紫外可見光譜法對水質(zhì)監(jiān)測的相關(guān)指標監(jiān)測進行說明。

3.1 化學需氧量測定

紫外分光光譜水質(zhì)監(jiān)測儀的使用對實現(xiàn)化學需氧量的測定起到了積極作用。對于采用紫外分光光譜實現(xiàn)對COD指標的監(jiān)測，鄰苯二甲酸氫鉀是其標準溶液，準確配置并減少誤差能保證測試數(shù)據(jù)的有效性及完整性[6]。鄰苯二甲酸氫鉀被還原，其耗氧量為1.176g，即實際測定中，鄰苯二甲酸氫鉀對應(yīng)COD值為1.176g。同時，為保證測試干擾，選用蒸餾水作為溶劑是主要選擇。配置前應(yīng)在120℃溫度下進行烘干，以排除藥品中所含有的水分。后用1/10000的天平稱取0.8503g藥品放入蒸餾水中進行溶解，并盛入1000mL的容量瓶中定容至1000mL，即可得到COD為1000mg/L的溶液。

對上述已配置的溶液，按照一定比例進行稀釋，配置成不同濃度的鄰苯二甲酸氫鉀溶液，并在254nm及280nm的吸光度，繪制標準曲線。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在254nm及280nm的吸光度與COD值之間具有較好的相關(guān)性。對于此，為進一步確認紫外水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，采用該種方式結(jié)合傳統(tǒng)COD監(jiān)測技術(shù)進行說明，就大凌河區(qū)域的水體COD值進行監(jiān)測，具體測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 大凌河不同監(jiān)測方法下的COD監(jiān)測值分析 單位：mg/L

由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，采用紫外分光光譜法測定的數(shù)據(jù)，結(jié)果與采用重鉻酸鉀法進行測定，且數(shù)據(jù)基本一致，可見其正確性；與此同時，測試速度快，如利用紫外光譜水質(zhì)監(jiān)測儀可實現(xiàn)對水質(zhì)的在線監(jiān)測，在實際使用中具有積極應(yīng)用價值[7]。采用該種方式，對大凌河不同區(qū)域的水質(zhì)進行監(jiān)測，研究發(fā)現(xiàn)，在人口密集區(qū)及工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，其水質(zhì)中的COD值較高，而郊區(qū)由于水質(zhì)受到的污染較少，COD含量較低，其結(jié)果與預測值基本一致。

3.2 硝酸鹽氮相關(guān)指標測定

對于采用紫外可見光譜法實現(xiàn)對硝酸鹽氮的監(jiān)測，其測試方法與COD值監(jiān)測基本一致。首要步驟應(yīng)為配置標準溶液，獲得不同吸光度值下的標注曲線，以實現(xiàn)對比測定。關(guān)于硝酸鹽氮測定所選用的標準溶液為硝酸鉀溶液，純度應(yīng)為分析純，同時，為保證其使用中不會發(fā)生變質(zhì)等情況，配置完成后應(yīng)加入2mL三氯甲烷進行保存，存儲時間可延長至6個月。如實際測量中，稱取0.722g的硝酸鉀定容至1000mL，即可得到100mg/L的硝酸鹽氮；后按照一定比例稀釋至不同濃度，并在220nm光度下測定其吸光度，以便繪制標準曲線。

通過以上方式，分別對大凌河流域水質(zhì)進行監(jiān)測，同時采用麝香草酚風光光度法進行對比，數(shù)據(jù)證明，采用紫外分光光度法測定水體中硝酸鹽氮的含量，其測試結(jié)果與使用傳統(tǒng)方式(即麝香草酚風光光度法)進行對比，測試結(jié)果基本類似，其平均誤差約3%，數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)。因此，采用紫外分光光譜法對水體中的硝酸鹽氮含量進行測試，具有較好的效果，測試優(yōu)點如3.1中COD測定優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中可取得一定效果。

3.3 色度測定

顏色是水質(zhì)外觀的重要指標，對于水質(zhì)而言，一般包括真色與表色兩種。其中，真色為去除水體中懸浮物的顏色，而表色則為未去除表面懸浮物的顏色。一般情況下，對于清潔及濁度低的水，真色與表色基本一致，而對于工業(yè)廢水，由于其水體內(nèi)部含有大量的膠體及其他物質(zhì)，兩種顏色差異較大[8]。依據(jù)GB11903- 99標準所述，采用氯鉑酸鉀和氯化鉆配制而成的系列色度標準溶液與樣品顏色進行對比，其確定其樣品色度。該種方式不適用于與標準溶液色調(diào)不一致的樣品的測定。研究發(fā)現(xiàn)，采用紫外可見光譜法測定樣品色度，設(shè)定其吸收峰為350nm，其色度范圍與采用傳統(tǒng)方法進行測定，其結(jié)果基本吻合相對誤差在4%范圍內(nèi)，因此，可以說，采用紫外可見光譜水質(zhì)自動檢測儀在350nm吸光度下實現(xiàn)對水體色度的測試，測試結(jié)果證明方法切實可行，滿足實際測試要求[9]。

3.4 濁度測定

對于以上對提及的水質(zhì)幾個相關(guān)指標采用紫外可見光譜時下檢測具有較好的效果。而對于濁度測試來講，測試過程應(yīng)盡量快才能保證其測試準確度，而傳統(tǒng)測試方法，測試過程復雜，且如采用對比法，誤差較大，對實際數(shù)據(jù)參考無實際價值。紫外可見光譜法進行對水體濁度的測試，其結(jié)果具有極大的應(yīng)用效果。如在680nm吸光度下采用紫外可見光譜水質(zhì)自動檢測儀實現(xiàn)對大凌河區(qū)域水質(zhì)的測試，測試結(jié)果與采用傳統(tǒng)測試方法基本一致，且測試速度更快，結(jié)果更準確，可取得較好使用效果[10]。

4 結(jié)語

綜上所述，水質(zhì)指標作為環(huán)境治理及生態(tài)保護的重要依據(jù)被廣大學者及業(yè)內(nèi)人士高度重視。而基于目前實際情況，在對水質(zhì)指標監(jiān)測中，無法對其進行及時快速監(jiān)測是其難點，也是不足。筆者結(jié)合實際情況，就紫外可見光譜法測定水質(zhì)的基本原理及大凌河流域中的應(yīng)用情況進行了說明，舉例及通過與傳統(tǒng)測試方法的對比，說明了采用紫外可見光譜法測定水質(zhì)相關(guān)指標的有效性及準確性，以便為該方法在實際檢測中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

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