紫外光譜水質(zhì)檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)分析

目前我國乃至全世界面臨的一個非常嚴(yán)峻的問題就是水污染的問題，水質(zhì)監(jiān)測成為現(xiàn)代環(huán)境管理的重點(diǎn)內(nèi)容之一。通過水質(zhì)監(jiān)測能夠?qū)λh(huán)境的質(zhì)量和污染狀況進(jìn)行準(zhǔn)確、全面和及時的反映。如今城市供水系統(tǒng)以及農(nóng)村生活生產(chǎn)用水的質(zhì)量問題下降迫在眉睫。在水質(zhì)監(jiān)測中，基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)是現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測工作中的一個重要的發(fā)展方向，基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)具有實時檢測、針對性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、成本低等顯著優(yōu)勢。

水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)主要有色譜分離技術(shù)、原子光譜技術(shù)、化學(xué)分析技術(shù)以及電化學(xué)分析技術(shù)，其中分子光譜分析技術(shù)是水質(zhì)監(jiān)測中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，基于紫外光譜分析技術(shù)在飲用水、地表水和工業(yè)廢水水質(zhì)監(jiān)測中具有顯著的優(yōu)勢，成為水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)重要的發(fā)展方向。

紫外光譜分析基本原理

紫外-可見吸收光譜儀可以吸收紫外-可見光區(qū)200~800nm的電磁波而產(chǎn)生的吸收光譜稱紫外-可見吸收光譜，簡稱紫外光譜（uv）。紫外可見光可分為3個區(qū)域：遠(yuǎn)紫外區(qū)10~l90nm；紫外區(qū)190~400nm；可見區(qū)400~800nm。其中10~l90nm的遠(yuǎn)紫外區(qū)又稱真空紫外區(qū)。氧氣、氮?dú)?、水、二氧化碳對這個區(qū)域的紫外光有強(qiáng)烈的吸收。一般的紫外光譜儀都可檢測包括紫外光（200~400）和可見光（400~800nm）兩部分，故紫外光譜又稱之為紫外可見光譜。紫外光譜和紅外光譜統(tǒng)稱分子光譜。兩者都是屬于吸收光譜。紫外光譜是由樣品分子吸收一定波長的光，使其電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)引起。紫外光譜又稱之為電子吸收光譜。分子通常是處于基態(tài)的，但當(dāng)分子受紫外光照射時，可吸收一定大小的能量（ΔE=hυ）的紫外光，此能量恰好等于電子基態(tài)與高能態(tài)能量的差值（E1~E0），使電子從E0躍遷至E1。用儀器將紫外光強(qiáng)度在吸收池前后的變化記錄下來，得到紫外光譜。

紫外光譜水質(zhì)檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)

分子吸收光譜原理。當(dāng)外界傳導(dǎo)得來的輻射能量作用到待檢測物質(zhì)的分子時，物質(zhì)內(nèi)部便會通過電磁輻射的形式來吸收或予以釋放。而當(dāng)輻射能量作用在透明或半透明的待檢測物質(zhì)時，該物質(zhì)將吸收與其運(yùn)動狀態(tài)變化相對應(yīng)頻率的輻射能，并向較高的太能遷移。這種物質(zhì)對輻射具有的選擇性吸收產(chǎn)生的光譜，稱為吸收光譜。紫外－可見光譜就屬于這其中一種吸收光譜。而它的另一個重要特性是其電子躍遷產(chǎn)生的光譜是寬譜帶。

郎伯－比爾定律。紫外光譜水質(zhì)檢測技術(shù)核心是檢測某一物質(zhì)中紫外光的吸收率來測定其濃度，其所根據(jù)的吸收定律就是郎伯比爾定律，顧名思義，是由郎伯與比爾兩種定律相輔相成的，只能適用于單色光射入的條件下。I0為初始狀態(tài)下所發(fā)射出的單色光強(qiáng)度，I為經(jīng)過某測量物質(zhì)C吸收后輸出的單色光強(qiáng)度，根據(jù)I強(qiáng)度與C濃度之間的比例關(guān)系，可以將輸入輸出前后的光強(qiáng)度變化值轉(zhuǎn)化為濃度信息。

紫外光譜水質(zhì)檢測技術(shù)主要是硬件和軟件構(gòu)成，其中硬件部分由光路系統(tǒng)(紫外光源與分光系統(tǒng))、樣品池、信號采集等部分組成。在利用光吸收率進(jìn)行水質(zhì)檢測時的工作路徑為:所接收到的紫外光源經(jīng)過分光系統(tǒng)分解為不同光譜，不同物質(zhì)的測量則會自動選擇相對應(yīng)的光譜，在經(jīng)過水質(zhì)樣品池的時候有一部分被吸收而盛裝樣品，另一部分則轉(zhuǎn)化為電信號，這一部分將被軟件設(shè)計部分進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚硇酒?，以設(shè)定的紫外光譜算法計算得出所檢測物質(zhì)的含量，最終在電子屏上進(jìn)行顯示。

隨著科技進(jìn)步以及水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，目前紫外光譜分析技術(shù)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，被廣泛的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)藥、軍事分析以及科技農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)中，其應(yīng)用前景十分的廣闊。同時紫外光譜分析技術(shù)使用中采用的分析儀器也逐漸朝著微小型化、低成本和高性能的方向發(fā)展。其中分析儀器的微小型化成為紫外光譜分析技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)問題之一。實現(xiàn)分析儀器的微小型化不僅能夠避免設(shè)備的復(fù)雜性和運(yùn)輸?shù)睦щy，還能夠更好的對水環(huán)境的長期穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，確保監(jiān)測的時效性的提高，而小型化的分析儀器能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動、穩(wěn)定性高以及使用壽命高等目標(biāo)。

綜上所述，在水質(zhì)監(jiān)測中應(yīng)用紫色光譜分析技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)缺陷，基于傳統(tǒng)水質(zhì)檢測技術(shù)研制的水質(zhì)自動監(jiān)測儀還存在著體積大，維護(hù)費(fèi)用高等問題，不能實現(xiàn)真正意義上的實時在線檢測。而該方法儀器結(jié)構(gòu)簡單，整個過程不用試劑，無需加熱，所以可實現(xiàn)對COD的連續(xù)、快速、穩(wěn)定的測量，而且無二次污染。
  

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