1.引言
电化学水质分析方法主要受工艺原理和测量流程的决定,由于电化学水质分析工艺分析周期较长,检测方法也非常复杂,同时在检测中还必须加入大量的主要化学成分,逐步被采用光谱分析的紫外水质检测工艺所代替。光谱分析与紫外水质监测技术,有效的避免了传统化学水质分析方法所存在的一系列缺点,并且具有更高的测量准确度,本章将重点针对该技术的在国内的发展状况,及其在未来的趋势进行研究与论述。
2.技术概述
正如上文所述,基于光谱分析技术的紫外线环境监测方法,由于检测效率较高,且运行操作简单,近年来应用于中国的城市工业废水、生活污水和天然水体等的环境检测项目中。基于光谱分析的紫外线环境监测技术的化学测量研究、连续光谱测试等多个领域研究种类[1]。近年来,随着对监测仪器设备和数据分析算法的进一步改善,该技术的测量准确度也有了进一步的提升,从而能够更高效实现对toc、COD、turb、No3-n等参数的性能分析。
3.发展现状
3.1国内外演技现状
单波长分析法是最初的光谱方法,但通过进一步的完善与演变,逐步形成了现在广泛的而连续光谱分析法,所以在实际过于的应用中往往以二百五十四nm的单波段较为普遍。光谱分析技术的紫外线水体研究技术,也就基本上是通过各种化学物质对二百五十四nm的光吸附现象,做出水体成份的评估。但由于科学家在现场检测时发现,在天然水域中有很多固体大颗粒的漂浮物,限制了光波的传播并导致了检测结果畸变,使得这项研究技术从早期时代便被逐渐废弃了,降低水中固体大颗粒漂浮物对检验结果的干扰程度,却也一直是业界焦点额研究课题,最后科学家们决定利用在356nm的或465nm左右的波段的吸光,建立补偿模式[2]。通过不断的实验与完善,科学家终于开发出了双玻法技术,不仅先进且有效的克服了水体中固体与大粒径悬浮物对检测成果的危害,还实现了技术手段的仪器化,大大降低了技术的使用条件与标准,检测技术人员仅仅掌握了仪器设备最基本的操作方法,就能够成功的进行检测任务。而中国国内学者刘立行等则参照了国外的上述技术研究内容,并根据中国国内实际水体监测需求,与激光器技术相结合,已经成功研制出种能够自由功率变换的水体检测器。紫外一可见光谱化学分析法以集成电路光谱扫描技术为硬件基础,以化学计算方法为计算基础,该水体监测技术在近年来受到了不少学者的关注,目前中国国内外部分研究团队对紫外一可见光谱化学分析法的研究,已经获得了一些突破性发展。
3.2国内外课件光谱分析的水质监测研究进展
天津大学也是中国第一个参与光谱分析水体监测技术的研发结构单位,并于二零零四年最先开发并完成了200~720奈米的检测装置,并安装了防水外壳和无线数据传输装置,在实际使用中,该装置除了能够直接投入水体中使用,并且还能够通过手动的方式实时完成检测,从而做到了无人值守的水体检测,并且能够更高效的识别水体中no3-n、cod等的水体参数[3],还可以将环境监测信息通过无线数字传输方式,对有关环境分析的各种信息进行传输、存储和运算。由浙江大学研究人员以从美国进口的栅格光谱仪为基础,并基于对cod紫外吸光度的快速计算方法,成功实现了对天然水体中的cod值得进行计算,由于该仪器的波段范围仅有200~400nm的波段,因此结果误差值就可以掌握在百分之五以内,检测时间也能够在5min以内,并且此类仪器所采用的嵌入式计算机控制器件,比一般常规仪器更为智能、网络化,并配备的windowsce操作系统,使真个测量的过程各项更加平稳、可控、自主。重庆大学还率先开发了微型光谱技术,并运用在便携式仪器上,从而能够以高效率、高精度的方式进行水质检测项目。
3.3国内外仪器生产情况
目前,采用光谱分析方法高新技术的红紫外水质检测仪表,目前多以双波法、连续波法等高新技术为主要依据,并针对实际的应用要求,结合各种化学测量技术,完成装置的设计与制造。目前在海外的生产公司主体有美国公司的hach有限公司、法国人的tethys有限公司、联邦德国wtw有限公司等,在中国主要是由浙江聚光科学有限公司和北京市的东西分析仪器设备等生产企业。
3.4国内水质监测仪器生产现状
中国在这类仪器设备的制造领域起步较晚。虽然近年来发展迅速，但其制造工艺和产业模式与国外发达国家仍有一定差异。目前，中国的水质监测仪器设备主要是双层玻璃和长程分析仪器。目前广泛使用的是北京生产的EW-2100水质分析设备。设备采用双波实现水质检测,同时搭载有强力冲洗装置,尽管在工艺层级上相对滞后于一些发达发达国家,但其检测精度和监测效果都能够符合专业要求。
4.发展前景以及存在的问题
4.1发展前景
根据上文所述，紫外水质监测技术主要分为单波段、多波段、紫外光谱、紫外可见光等集中技术。单波段多波长是最早的紫外水监测技术，但其由于没有相关的电气开关装置，已逐渐被多波段、紫外或可见光光谱等新技术手段所取代，而近年来，全息光学幕等高分辨率的高新技术，更使紫外水体在光谱化学分析原理的基础上进入分析技术的新发展领域，它可以用来调节水体中悬浮物的大小和含量，防止散射干扰。
此外,紫外可见光谱水参数监测技术不添加化学药物,所以它不会产生二次污染的水在检测过程中,发现并满足技术条件的长期检测,所以它可以进行长期水检测污水处理厂。因此，未来近紫外水质分析技术将朝着高稳定性、高精度、低污染和快速分析的方向发展。
4.2可能面临的一些问题
4.2.1探头设计问题
调查也是重要组成部分确定仪器的分析效果和精度,但由于水质分析仪器需要在一个非常复杂的环境中工作,所以需要提高探测器的抗干扰能力,因此提高探测器的环境适应性。然而,根据仪器的测量原理、光路是越高,其测量精度就会越好,由于相对问题及其可靠性将逐渐减少,而恰恰相反,由于光学路径问题,测量精度将成为低在本月底,而高度的相对稳定性，所以,光谱检测仪在未来的重点发展目标便是逐步平衡这些情况,在提高准确性的基础上,尽可能的提高光检测量可靠性。
4.2.2干扰降低问题
紫外一可见光谱水体质量检测,通常需要大量收集被测量水域紫外一可视全光学频谱,但由于在实践检测过程中,由于电光传输、光通路、灯光和噪音的影响,通常对光谱会产生一些干扰,若直接利用所测得的信息加以分析,则通常会导致检测的准确度下降,从而影响所有水体质量参量结果,所以一定要认真深入研究正确的紫外一可视全光谱预处理方法,以降低干扰。
【参考文献】
[1]郭琦. 基于光谱分析的紫外水质检测技术探讨[J]. 全面腐蚀控制, 2021, 35(10):3.
[2]佟林巍. 基于光谱分析的紫外水质检测技术研究[J]. 中国资源综合利用, 2021, 39(2):3.
[3]吴琼, 王莹, 龚畅,等. 基于紫外光谱分析的水质监测技术研究[J]. 低碳世界, 2020, 10(11):2.
