刘张雄 郝利英
国家能源集团鄂尔多斯市神东检测公司 内蒙古鄂尔多斯市 017209
摘要：水质检测技术中，光谱分析的紫外水质检测技术是近些年应用较多的技术类型。文章以此为中心，详细介绍了光谱分析的紫外水质检测技术以及计算方法，根据试验检测结果总结出该检测技术未来发展方向，目的在于进一步提高水质检测的准确性，掌握更全面的水质情况，为水质改善做好充足的准备。
关键词：水质检测;光谱分析;线性关系;数学模型
1光谱分析的紫外水质检测技术方法介绍
1.1光谱分析的紫外水质检测原理分析
水质检测方法较多，其中紫外水质检测技术运用朗伯比尔定律，属于物理检测方法，该原理公式为A=kcl，公式中包含吸收系数k、光程L，因为水资源中包含多种化学需氧量的物质，例苯、酚类以及甲苯在等，利用吸收系数与光程，与被测溶液浓度相互作用下，完成紫外水质检测。紫外水质检测中，紫外区会出现光谱吸收现象，为水质检测中COD（化学需氧量）的确定创造有利条件[1]。因为紫外吸收单波长吸收弱，因此配合光谱分析的方式，解决紫外水质检测中的不足。
1.2水质检测光谱分析方法介绍
水质检测中所应用的光谱分析方法主要包括光谱直接对比分析、光谱归一化分析。
其中，光谱直接对比分析，选定水质检测样本，根据光谱吸收情况对照光谱吸光度值，计算两者关系，计算公式如下：
ABS1（λ）=f（ABSref（λ））
紫外水质检测样品通过光谱分析，检测数值变化与参考样本之间存在线性联系，这种线性关系按照评价指标（拟合直线R2），如果对比计算数值<0.99，则表示拟合曲线并非直线，被测水源样品质量不理想，与参考水样成分相差较大。数值>0.99，表示被测水样与参考水样关系接近直线，两者水样组成相似。拟合曲线的变化代表被测水样中物质浓度的变化，曲线波动与浓度成正比。
其中光谱归一化分析，利用归一化的计算方式，变换有量纲表达式为无量纲表达式，转换所得公式如下：
（λ）=
根据实验检测，样品成分归一化的光谱曲线重合，则表示其与参照样本成分相似，属于同一种。但是检测结果若重合性不好，表示样品成分特殊，与参照样品差别大，水质污染严重。归一化光谱检测中，必须对样品进行多个划分，分别进行光谱分析，经过有效实验处理，M个光谱线形成，统计波长λi数值计算平均值，计算公式为：
结合样品检测数量的增加，计算波长吸光度值，统计每个波长波动情况，得到波长波动平均值Pk：
Pk=
归一化光谱分析中，参考指标包括两方面，其一是光谱波动百分比，最大值为Pmax=。波动平均值在水质检测整个范围中单个检测数值的百分比数值，个数q<0.05、0.05>q<0.1、q>0.1分别用、、。那么波动平均值Pk中个数范围分别对照个数范围中的n，分别为n1∈[0，0.05];n2∈[0.05，0.1];n3∈（0.1，+∞）。
2技术应用
2.1检测仪器
紫外水质检测仪的程序大致可以分为控制系统、无线传输系统和光电接收系统，在运行环节，脉冲氙灯发光，经凹面光栅形成单色光，然后进入流通池被光电设备吸收，转换为不同信号，再经过AD转换，实现采样。
2.2COD检测
水质检测人员采集试样，利用紫外水质监测仪器进行光谱测量，对COD与吸光度的相互关系进行记录，结合吸光度推算COD数值。通过这样的方式，可以得到不同水质样本之间的差异性，若单纯运用数据模型，通过反演的方式计算COD，则可能存在一定误差，而利用吸光谱，能够
消除误差，或者将误差降到最低。
2.3分析实验
2.3.1水样试验
从某条河流中，于同一地点同时采集两份样本，一份以去离子水稀释，然后分成八等份，每一份的浓度都不同，以重铬酸钾对水样COD值进行依次检测，结合紫外水质检测仪器，对吸收光谱进行测定。通过对液体的光谱分析，归一化光谱波动范围在5%左右浮动，直接对比可知，线性拟合评价系统大于0.99，对实际水样，若成分始终保持固定，则结合归一化分析，可以实现与光谱的重合，直接对比拟合曲线。结合拟合曲线分析，在吸收光谱超过230mm时，两份水样存在较大差异，经归一化处理，发现两份水样具备较高的重合度，表明其属于同一种样本。
2.3.2邻苯二甲酸氢钾溶液试验
配置8个浓度不同的邻苯二甲爱酸氢钾溶液，测流量其吸收光谱情况，结合光谱归一法和光谱直接对比法，对数据进行处理。从处理结果分析，除个别样本，其他样本波动最大百分比Pmax均不超过10%，经光谱归一化处理后，样本波动最大百分比多数超过99%，表明样本与光谱重合。直接对比拟合曲线，发现R2全部超过0.99，表现为高度线性。由此判断，样本成分相同浓度不同时，其归一化光谱会出现重合，直接对比则拟合曲线为线性分布。
2.3.3混合溶液试验
配置邻苯二甲酸氢钾溶液与浊度混合液，将比例控制在2:5，结合光谱归一分析混合直接对比分析，可以得到相应的分析结果：样本1：浊度16，COD40mg/L，Pmax取值为0.0516，R2=1.0000；样本2：浊度24，COD60mg/L，Pmax取值为0.0465，R2=0.9971；样本3：浊度32，COD80mg/L，Pmax取值为0.0465，R2=0.9955；样本4：浊度40，COD100mg/L，Pmax取值为0.0469，R2=0.9921。选择样本1-4的混合溶液进行光谱分析。结合光谱分析图可以看出，四种溶液浓度差异巨大，浓度越大，光谱吸收越强，最直接对比拟合曲线的斜率也越高。溶液第二吸收峰位置的归一化光谱差异较大，与浓度差异成正比，分析原因，主要是溶液浓度差异的增大导致了溶液之间吸收系数差异的增大。
3紫外光谱水质检测系统的总体架构
3.1紫外光谱水质检测技术的理论基础
分子吸收光谱原理。当外界传导得来的辐射能量作用到待检测物质的分子时，物质内部便会通过电磁辐射的形式来吸收或予以释放。而当辐射能量作用在透明或半透明的待检测物质时，该物质将吸收与其运动状态变化相对应频率的辐射能，并向较高的太能迁移。这种物质对辐射具有的选择性吸收产生的光谱，称为吸收光谱。紫外－可见光谱就属于这其中一种吸收光谱。而它的另一个重要特性是其电子跃迁产生的光谱是宽谱带。那么，当某种分子经受连续不断的、某一范围波长的光照射时，其光子的能量便会传递给分子，并被分子有选择性的吸收掉，降低这一区域的光能强度，也因此而产生的有吸收谱线组成的透射光光谱，就是分子吸收光谱。
郎伯－比尔定律。紫外光谱水质检测技术核心是检测某一物质中紫外光的吸收率来测定其浓度，其所根据的吸收定律就是郎伯比尔定律，顾名思义，是由郎伯与比尔两种定律相辅相成的，只能适用于单色光射入的条件下。I0为初始状态下所发射出的单色光强度，I为经过某测量物质C吸收后输出的单色光强度，根据I强度与C浓度之间的比例关系，可以将输入输出前后的光强度变化值转化为浓度信息。
3.2系统设计的总体框架
紫外光谱水质检测技术主要是硬件和软件构成，其中硬件部分由光路系统(紫外光源与分光系统)、样品池、信号采集等部分组成。在利用光吸收率进行水质检测时的工作路径为:所接收到的紫外光源经过分光系统分解为不同光谱，不同物质的测量则会自动选择相对应的光谱，在经过水质样品池的时候有一部分被吸收而盛装样品，另一部分则转化为电信号，这一部分将被软件设计部分进行数据传输到中央处理芯片，以设定的紫外光谱算法计算得出所检测物质的含量，最终在电子屏上进行显示。
4结束语
利用光谱分析的紫外水质检测技术进行水质检测，检测操作简便，获得更准确的线性关系与化学需氧量数值，创建水质检测数学模型，对比光谱检测标准，降低水质检测中的误差，为紫外水质检测技术未来发展提供更多创新参考。
参考文献
[1]朱娜.对基于光谱分析的紫外水质检测技术的几点探讨[J].建材与装饰，2019（30）：211.
[2]王炜煜，赵芳，井晓兵.基于光谱分析的紫外水质检测技术[J].化工管理，2016（13）：215.
[3]刘宝宝.基于紫外-可见光谱分析的水质监测技术研究进展[J].四川建材，2016，42（01）：297-298+300.