许春雷
大庆油田水务公司,黑龙江大庆,163000
摘要：水污染是当下人们关注的焦点，如何科学、有效的面对这一问题，是各个领域都应该考虑的重点问题。水质检测可以及时、快速的反映出水环境的质量和污染情况。基于此，本文对基于光谱分析的紫外水质检测技术进行了深入的探讨，以供参阅。
关键词：光谱分析；紫外；水质检测技术
1光谱分析的紫外水质检测技术原理
1.1技术原理
光谱分析的紫外水质检测技术中产生的光谱属于分子光谱，其分子运动形式主要包括电子的跃迁运动、原子在平衡位置的振动以及分子绕质心的转动，这种分子具有电子、振动和转动三种能级。其中转动与振动能级间的能级差较小，跃迁时产生的能量相对较低，因此，产生出的光谱多属于红外波段。而电子能级与其它能级的能级差相对较大，释放的能量值较高，产生的光谱多分布于紫外-可见光谱区。在这一区域可见光谱的波长介于10-780nm之间，10-200nm的波长属于远紫外光区，200-400nm的波长属于近紫外光区，400-780nm的波长属于可见光区。在水质检测时，产生的光谱波长通常介于200-780nm之间。光谱分析的紫外水质检测技术依据的理论是朗伯比尔定律，定律公式为：A=kcL，其中A代表吸光度，k代表吸收系数，c代表水质中物质含量，即溶液浓度，L为紫外线光程。在检测水质时，COD是一项重要的检测指标，而COD物质一般由苯类和酚类组成，因为这些物质具有较强的光谱吸收能力，所以应用这一技术能够收到理想的检测效果。
1.2光谱分析的方法
光谱归一法的计算过程较为简洁，计算公式简单易懂。ABSˊ(λ)=A(λ)-Amin/Amax-Amin，在计算公式中，A(λ)代表波长区域内的物质吸光度，Ama和Amin代表波长区域内的最大吸光度与最小吸光度，对于同一种被测定溶液来说，浓度的大小往往于紫外线的光程存在较大差异。
光谱直接对比法的计算公式为：ABS1(λ)=f[ABSref(λ)]，从计算公式可以看出，如果在检测实验中，评价指标大于0.99，则可以得出检测水样与参考水样相似的结论，水样检测结果符合标准要求。如果小于0.99，则可以证实被检测水样中的COD含量较高，水污染状况较为严重。
2基于光谱分析的紫外水质检测试验结果与分析
2.1检测仪器说明
本文所提及的紫外水质检测技术主要由光路系统、开放流通池、光电接收/转换系统以及控制系统等几大模块组成，所使用的检测仪器框图如图1所示。脉冲氤灯是主要的发光设备，发出的光谱将进入凹面光栅系统，经由该系统进行分光处理，从中分离出单色光，然后单色光经由流通池传递到光电接收装置，光信号便可以转换为电信号，AD采样装置进行信号转换，最后利用无线传输设备将信号上传给上位机，即可显示出详细的检测数据。上位机主要通过监控软件控制，具备数据显示等多种功能，可以测量的光谱范围介于200-720nm。
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2.2紫外吸光度法检测水体中的COD
分别采集四种不同类型的水样，然后利用上述水质检测仪器，分别测量每种水样的紫外光谱，并在波长254nm处建立吸光度和COD的数学模型关系。当二者的线性曲线相关系数大于0.99时，则表示线性关系良好，因此吸光度便可以有效反映检测水样的COD，此次试验的具体数据如表1所示。由于检测所用的水样不同，所以其各自数学模型会存在较大差别。若以其中一种水样的数学模型为基础，反演其他几类水样，则会发现获得的结果存在较大偏差。本次试验发现，在波长230nm处，检测水样表现出的吸收特性差异最为明显，由此可见，采用单波长法建立一个固定的数学模型来进行分析计算，并不适应于组分复杂的水质检测。
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2.3光谱分析试验
2.3.1邻苯二甲酸氢钾溶液试验
配制浓度各不相同的邻苯二甲酸氢钾溶液14份，并对每份溶液的吸收光谱进行测量，分别采用光谱直接对比分析法和光谱归一化分析法对测量结果进行分析。结果表明，采用光谱归一化处理时，被测样品大部分的波动最大百分比都低于10%，其中每个样品归一化光谱波动低于5%的样本对比数据都大于85%，有超过一半样品数值大于99%，该数据表明，被测样本和参照样本的归一化光谱重合度较高，可以判定其为一类样品。
2.3.2实际水样试验
在同一时间节点，从同一河流的同一地点分别采集两份水质样本，其中一份添加去离子水进行稀释，然后均匀分成8份测试溶液，再用重珞酸钾滴定法对每份溶液的COD进行检测，最后用紫外水质检测仪测定样本的吸收光谱，分析光谱结果。结果表明，归一化分析方法下，检测水样的光谱波动范围保持在5%左右；直接对比分析方法下，检测水样的拟合系数均大于0.99。由此可见，在实际水样成分比例不变的情况下，其归一化分析结果和直接对比分析结果与苯二甲酸氢钾溶液试验结果一致，归一化光谱重合，而且光谱直接对比时呈线性。从两份水样的吸收光谱还可以看出，当波长为230nm时，二者的吸光特性差异较为明显，但是归一化后二者重合度仍然较高，波动小于0.05，在可接受范围内，所以可以判断两份水样为同类水质。
2.3.3不同水样试验
试验发现，四份检测水样的吸收特性存在一定区别，即来自不同水体的水样，其归一化光谱存在较大差异。基于此，在实际检测过程中，可以采用光谱宜接对比分析法和光谱归一化分析法，先对需要检测的水样进行归类区分，然后根据实际水样类别，建立相应的预测模型，使用相应的水质检测方法来进行检测，样可以减少归一化光谱差异所造成的检测误差，提高检测精确度。
2.4基于光谱分析的紫外水质检测
水样的吸光度和COD之间存在密切的关联，基于光谱分析的紫外水质检测技术可以简单、快捷的对COD水质参数进行测量，以便判断被测水样的质量。针对实际检测过程中所建立的数学分析模型只适用于相似水样的问题，本次试验采取紫外光谱分析法，有效实现对不同水样的判定。利用本研究提出的光谱分析方法和光谱分析预测评价指数，可以大大提高紫外水质检测技术的泛化应用范围，减少各类水样差异带来的模型计算误差，保证准确度。
3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，可以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.