高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀抗?jié)岫雀蓴_技術研究

戈燕紅 郭德音

技術應用

高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀抗?jié)岫雀蓴_技術研究

戈燕紅 郭德音

（廣東盈峰科技有限公司，廣東 佛山 528322）

針對高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀測定渾濁水體出現(xiàn)吸光度偏高的問題，通過增加一路880 nm光路比色系統(tǒng)進行濁度補償，解決了高錳酸鹽指數(shù)標液測定結果隨濁度升高而不斷增高的問題。通過實際水樣實驗室比對，示值誤差保持在±10%以內(nèi)，加標回收率滿足90%～110%，符合技術要求。

高錳酸鹽指數(shù)；水質(zhì)自動分析儀；濁度

0 引言

受春季解凍和夏季汛期等影響，水站監(jiān)測斷面水質(zhì)濁度明顯增高，給水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測帶來較大干擾[1-2]。測定水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的標準方法主要依據(jù)GB11892—1989《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定》[3]，構建高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀一般采用比色法或電極法。其中比色法成本較低，是眾多水站的首選，但水質(zhì)濁度嚴重影響比色法的應用。目前水質(zhì)濁度處理方法主要有離心法和微孔徑濾膜過濾法，操作繁瑣，且離心機性能和操作方法影響測定結果，難以簡單運用于高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀。

本文在不改變原有高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀硬件的基礎上，增加一路880 nm光路比色系統(tǒng)，實現(xiàn)高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀測試高濁度水樣的補償。

1 試劑和儀器

1.1 主要試劑

D（＋）葡萄糖（分析純）、高錳酸鉀（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、濃鹽酸（（HCl）=1.19 g·mL?1）、高嶺土（0.5157 g·L?1相當于1000 NTU的濁度，分析純，99%，純品白色）；其他試劑均為分析純；實驗室用水為蒸餾水。

1.2 主要儀器

YX-CODmn型高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀、ZKW-S-6電熱恒溫水浴鍋。

1.3 儀器改造

1.3.1 硬件

在原有高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀上新增一路880 nm光路比色系統(tǒng)，即在儀器計量組件兩側安裝一路880 nm光源（圖1中5、6和7）和光源接收器（圖1中12、13和14），具體結構如圖1所示。其中880 nm光源、計量管、硅光電池構建一套光路比色系統(tǒng)，可對計量管內(nèi)的水樣進行光學信號采集，并計算出880 nm處的吸光度。

1.上端蓋；2.上密封圈；3.計量基座；4.計量管；5.LED燈固定塊；6.LED 燈；7.燈壓帽；8.光電開關固定座；9.光電開關；10.下密封圈；11.下端蓋；12.硅光電池固定塊；13.硅光電池；14.硅光電池蓋。

1.3.2 軟件流程

高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀結構圖如圖2所示，其軟件流程改進如下：1）水樣加堿液和高錳酸鉀溶液后，在95℃下消解15 min得到消解液，先通過高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀的消解比色裝置采集420 nm的消解信號，再將消解比色裝置中的消解液抽到計量模塊，采集880 nm處的消解信號（濁度吸收）；2）排掉計量模塊中的消解液后用蒸餾水清洗消解比色裝置；3）吸取蒸餾水到消解比色裝置，采集蒸餾水在420 nm處的參比信號，再將蒸餾水抽到計量模塊，采集880 nm處的參比信號；4）分別計算消解液在420 nm處的吸光度420 nm（總）和880 nm處的吸光度880 nm；5）利用式(1)計算420 nm。

420 nm=420 nm（總）?880 nm(1)

式中，420nm為校正吸光度；420nm（總）為消解液在420 nm處吸光度；880 nm為消解液在880 nm處吸光度；為濁度補償系數(shù)。

1.機箱外殼；2.觸摸屏；3.消解比色裝置；4.止液閥；5.計量模塊；6.多項閥；7.蠕動泵。

2 實驗方案

2.1 濁度補償系數(shù)K

濁度補償系數(shù)通過測試不同濃度的濁度液計算得出，具體步驟如下：1）用高嶺土配制2.0 mg·L?1高錳酸鹽指數(shù)標液（以葡萄糖溶液配制）在濁度分別為0 NTU，50 NTU，100 NTU，200 NTU，500 NTU下的標液；2）用高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀分別測試不同濁度的高錳酸鹽指數(shù)標液，并分別計算420 nm和880 nm處的吸光度；3）用濁度標液吸光度與無濁度標液吸光度的差值和濁度標液在880 nm處的吸光度進行線性擬合，即可得到補償系數(shù)。

2.2 濁度補償驗證

配制高錳酸鹽指數(shù)標液（以葡萄糖溶液配制）分別為1.0 mg·L?1，2.0 mg·L?1，4.0 mg·L?1，濁度分別為0 NTU，50 NTU，100 NTU，200 NTU，500 NTU（高嶺土配制）的濁度標液，分別在無濁度補償和有濁度補償?shù)母咤i酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀進行測試。

在4個近?？谡军c采集水樣，在有濁度補償?shù)母咤i酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀上進行測試，并同步進行實驗室手工測試（按照GB11892―1989《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定》測試）。

3 實驗結果分析

3.1 濁度補償系數(shù)K測試結果

通過對2.0mg·L?1高錳酸鹽指數(shù)標液（以葡萄糖溶液配制）的不同濁度標液進行測試，得到不同濁度下高錳酸鹽指數(shù)的420 nm處吸光度和880 nm處的吸光度，在扣除2.0 mg·L?1高錳酸鹽指數(shù)標液（零濁度）420 nm吸光度后，得到不同濁度標液吸光度與無濁度標液吸光度的絕對誤差，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同濁度同一濃度高錳酸鹽指數(shù)標液420 nm吸光度與880 nm補償吸光度對比表

將不同濁度高錳酸鹽指數(shù)標液吸光度與無濁度高錳酸鹽指數(shù)標液吸光度的絕對誤差對880 nm處的吸光度進行線性擬合（如圖3所示），擬合方程為

= 3.8879? 0.0306（2= 0.9996） (2)

按保留一位小數(shù)計算得= 3.9，即校正吸光度420 nm=420 nm（總）?3.9×880 nm。

圖3 高錳酸鹽指數(shù)不同濁度標液吸光度的差值與A880 nm的線性關系

3.2 不同濁度標液比對測試結果

用高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀測定不同濁度下的高錳酸鹽指數(shù)標液，在無濁度補償時，隨著濁度的不斷增加測試結果逐漸偏高，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同濁度高錳酸鹽指數(shù)標液在補償前后的測試數(shù)據(jù)表

由表2可知：無濁度補償?shù)母咤i酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀測試結果合格率僅有10%（參考HJ/T100—2003《高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀技術要求》[4]）；增加濁度補償功能高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀測試結果合格率達到100%。因此，增加濁度補償功能基本可以解決濁度對高錳酸鹽指數(shù)測試結果的影響，使高錳酸鹽指數(shù)測量值更接近真實值。

3.3 實際水樣測試數(shù)據(jù)

實驗室比對測試4組水樣，實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 高錳酸鹽指數(shù)實際水樣比對數(shù)據(jù)表

由表3可知：高錳酸鹽指數(shù)實際水樣比對相對誤差保持在±10%以內(nèi)，水樣加標回收率滿足90%～ 110%，符合《地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站運行維護技術要求》。

4 結語

本文提出在高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀的計量組件上增加一路880 nm光路比色的濁度補償方式，在不改變原有在線儀器比色單元結構的情況下，實現(xiàn)對水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)測定中的濁度補償，為水站高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測中存在的濁度干擾問題提供解決方案。

[1] 劉萍,翟崇治,余家燕,等.地表水濁度對高錳酸鹽指數(shù)的影響[J].三峽環(huán)境與生態(tài),2010,32(6):30-31,44.

[2] 侯順婷.地表水中濁度與高錳酸鹽指數(shù)的相關性分析[J].中國資源綜合利用,2017,35(6):103-107.

[3] 國家環(huán)境保護局. GB11892—1989水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定[S].北京:中國環(huán)境科學出版社,1989.

[4] 國家環(huán)境保護總局科技標準司. HJ/T100—2003 高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀技術要求[S].北京:中國環(huán)境科學出版社,2003.

Study on Anti-Turbidity Interference Technology of Permanganate Index Water Quality Automatic Analyzer

Ge Yanhong Guo Deyin

（Guangdong Infore Technology Co., Ltd. Foshan 528322, China)

Aiming at the problem of high absorbance in the determination of turbid water body by permanganate index water quality automatic analyzer, a 880 nm optical path colorimetric system is added for turbidity compensation, which solves the problem that the determination result of permanganate index standard solution increases with the increase of turbidity. Through the laboratory comparison of actual water samples, the indication error is kept within ± 10%, and the recovery rate of standard addition meets 90% ～ 110%, meeting the technical requirements.

permanganate index; water quality automatic analyzer; turbidity

戈燕紅，女，1979年生，博士在讀，主要研究方向：精密儀器研發(fā)與管理。E-mail: 66156371@qq.com

郭德音，男，1985年生，碩士研究生，主要研究方向：在線監(jiān)測儀器開發(fā)與改進。E-mail: acbd85@163.com

X832

A

1674-2605(2021)04-0013-04

10.3969/j.issn.1674-2605.2021.04.013