光谱技术在自动水质监测中的应用研究

光谱技术在自动水质监测中的应用研究

郭有华

东营市垦利区自来水公司 ， 山东省东营市

摘要：水质监测是一项长期性工作，其目的在于做好对水质情况的实时监测，及时排查是否存在水质污染或者水质异常问题，做好对水资源的保护，避免因水质污染所引起的各种不良问题。因此在现阶段需要建设出更加自动高效的水质监测预警系统，这样才能够实现对水质的实时自动监测。所以文章就对自动水质监测中光谱技术的应用进行了分析和研究，以供参考。

关键词：水质监测；自动化；光谱技术

引言

目前，随着我国工农业经济的快速发展，由此造成的我国水污染问题日趋严重。突发性水污染现象也时常发生。突发性水污染事件的发生具有很大的不确定性，一旦发生所造成的危害具有不可逆性。因此，能够建立完善的水质监测预警系统，能够及时、科学、准确地监测到水质在初期受到的突发性污染而及时采取防护措施以免造成更大的危害尤为重要。在水质监测中，理化监测是非常重要的，理化监测是通过定量或定性的分析方法，直接分析测定水环境内有害物质或它们的浓度，而光谱技术就是理化检测中最为常用的技术手段之一，做好对其的研究，应用对于提高水质自动监测工作的效率和质量有着非常重要的意义和作用。

1水质自动监测技术和光谱技术间关系的分析

目前，水质监测主要有两种方法：一种是手动监测，另一种是自动监测。由于手动监测是采用固定断面在某一固定时间间隔取样并进行室内试验或现场检测，是人力进行样本采集，监测频率低，数据连续性差，不但需要较长的工作周期，而且工作效率也不高，不能充分满足水质监测工作的需求，且测记结果一般未能实现数据共享。自动监测是通过仪器对数据自动进行采集和计算，具有方便快捷等优点。此外，由于自动监测数据采集的连续性，能及时发现超标危险物，从而使得污染能得到及时有效地治理。自动监测具有以下功能。第一，在线自动监测。实时监测水源地及饮用水的水温、溶解氧、pH、电导率、盐度、浊度、蓝绿藻，氨氮离子、余氯等参数，并可扩展其它监测功能。第二，预警预报。能接收现场设备报警信息。第三，信息发布和在线查询。具有信息发布和在线查询、分析、计算、图表显示、打印等功能，支持信息的互访共享，为环境管理和决策提供科学依据[1]。在现阶段水质在线监测技术主要分为化学法在线监测技术和光谱法在线监测技术。化学法在线监测技术原理是将水质有机物综合指标的实验室常规化学分析流程自动化，是目前最常见的一种水质在线监测方法。光谱分析法是依据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的分析方法，主要有紫外光谱分析法、荧光光谱分析法、红外吸收光谱分析法、拉曼光谱分析法、核磁共振波谱分析法等。近年来，紫外光谱法、荧光光谱法以及多种光谱融合等逐渐有所应用发展，已应用于饮用水、地表水、工业废水等水体的在线监测中。与传统化学法在线监测相比，光谱水质在线监测技术属于一种新兴技术，具有无须站房、无须人员值守，无须化学试剂、不产生有毒废液，监测频次高、运维成本低等优势，但同时也存在光谱探头设计与制造、浊度干扰及光路遮挡、水下清洗与密封、模型算法构建等技术研发难点。除此以外，由于荧光光谱法主要针对水体中的有荧光性质的污染物和有毒物质，局限性比较大，所以在现阶段多数都会采用紫外光谱来进行监测。

2紫外光谱水下多参数水质监测技术的原理

紫外可见光谱在水质监测中具有众多优势，比如，监测速度快优势、操作的简单优势等，因此，紫外可见光谱近些年被广泛应用在水下多参数水质监测中。在实际检测工作开展中，涉及到许多不同检测方式，比如，化学计量检测方式、连续光谱检测方式等，在实际水质检测中发挥着不可替代的作用。在基于紫外可见光谱的水下多参数水质监测中，主要是对不同水质参数进行检测，比如，TOC、COD等。不仅测试方法较为简单，而且可以在很大程度上提升工作效率，尤其在在线检测中，更是能够将自身优势与价值发挥出来。基于紫外可见光谱的水下多参数水质检测技术工作原理，主要是在对物质分子结构特性有一定认识与了解基础上，在不同的光谱曲线内，有着不同的吸收峰。通过对相应数学关系的应用，实现对水质的反推，从而更好落实水质检测工作。在紫外可见光谱的应用中，不存在化学试剂，可以节省更多测试时间。因此，紫外可见光谱水质检测方式，在水质检测中得到广泛应用。

3基于紫外可见光谱的水下多参数水质检测技术的应用

3.1在化学需氧量测定中的应用

使用外分光光谱水质监测仪，在化学需氧量的测定中发挥着不可替代的作用。在采用外分光光谱方式，对化学需氧量进行测定过程中，可以将邻苯二甲酸氢钾作为标准溶液，这样可以在最大程度上保证配置的准确性，减少误差情况的出现，使得测试数据的合理性与完整性得到保障。比如，在将该种方式应用在水质检测中，邻苯二甲酸氢钾会被还原，实际耗氧量是1.176g，与之相对应的化学需氧量值为1.176g。在此期间，要加强对蒸馏水的应用，确保蒸馏水水质的合格达标。同时通过不同检验方法进行进一步的对比分析，利用紫外分光光谱法对化学需氧量进行测定，与使用重铬酸钾法对化学需氧量进行测定，实际得出的数据基本上保持一致，这样数据信息的准确性可以得到保障。而且紫外分光光谱测试方式，可以通过加强对紫外光谱水质检测仪器的应用，对水质情况进行在线检测，使得最终检测结果可以得到保障，检测质量与检测效率得到提升。

3.2在硝酸盐氮相关指标测定中的应用

在使用紫外可见光谱方式对硝酸盐氮进行检测过程中，实际测试方法与化学需氧量检测大致相同。在实际硝酸盐氮相关指标测定工作开展中，对于标准溶液的配置要给予更多重视与关注，这样可以获得不同吸光度值的标准曲线。标准溶液的选择，通常情况下是硝酸钾溶液，纯度要确保为分析纯。与此同时，在确保硝酸钾溶液不会出现变质情况基础上，向其中添加2ml三氯甲烷，并严格按照相应标准进行保存，保存时间可以达到六个月。比如，在实际测量工作开展中，可以将0.711g的硝酸钾定容至1000ml，这样得到的硝酸盐氮量为100mg/L[2]。接着按照相应比例进行稀释，在对其吸光度的测定中，可以在220mm光度下展开，这可以为标准曲线的绘制打下基础。

3.3在色度测定中的应用

在水质外观中，颜色是其中的重要指标，水质颜色一般包含两种，分别是真色与表色。真色主要是指，将水体中悬浮物去除的颜色，表色主要是指未将水体表面悬浮物去除的颜色。通常情况下，清洁度以及浊度较低的水，真色与表色大致相同。但是工业废水不同，在工业废水中，含有大量胶体物质以及其他物质，导致真色与表色之间的差异相对较大。在实际色度测定工作开展中，要严格按照相应标准，将氯铂酸钾与氯化钻进行有机结合，配制出相应色度标准溶液，然后将溶液与实际样品颜色进行对比，最后明确样品色度情况。该种方式，并不适合将其应用在与标准溶液色调不一致的样品检测中。在此背景下，可以将紫外可见光谱应用在样品检测中，将吸收峰设定为350nm，色度范围实际情况，与使用传统方式测定的实际情况误差在4%之内。基于此，在实际色度测定中，可以将紫外可见光谱水质自动检测仪应用在水体色度测试中，但是水体的吸光度要在350nm之下，这样才能达到良好测定效果。

结语

综上所述，随着现阶段水环境保护压力的不断增长，作为相关水质监测人员及机构，应该积极进行光谱技术的研究和应用，充分发挥其在水质自动监测中的效果和作用。

参考文献

[1]李晓静,王晓杰,王爽,等.光谱分析在水质监测中的应用进展[J].盐科学与化工,2019(09):12-16.

[2]李鑫星，朱晨光，周婧，等．光谱技术在水产养殖水质监测中的应用进展及趋势[J]．农业工程学报，2018，34(9)：184，187．192．