浅析基于光谱分析的水质检测技术

浅析基于光谱分析的水质检测技术

廖涌平

佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司广东佛山528303

摘要：科技人员常用紫外水质检测技术来检测水质的质量，但这只是光谱分析技术中的其中一种，光谱分析技术还包括红外光谱、原子吸收和发射光谱等。为了检测出具体的水质质量，要经过严格的实验进行比对。水质分析的步骤是复杂的，为了确保光谱分析技术的顺利实施，要提前调制好检测液体的浓度和纯度，以免在检测的过程中出现以外的化学反应。对于成分较多的水质不适合用于实验进行检测，更适合用于类比的方式得出线形图，套用固定值得出测评结果。

关键词：光谱分析；水质检测；吸光度

前言

水质的种类是繁多的，每种水质在生活中都有独特的作用。根据水质的不同，可以划分多种水体类型，在日后的测量时以水体为基准，选择恰当的检测方式。现在已经总结出大量的固定公式，利用简单的数学知识，可以设定多种变量进行套用，将已知量代入方程式就能得出未知量，也就是想要得到的测量结果。

1.水质检测技术研究

水质检测技术最普遍的两种分类是红外和紫外光谱，而红外光谱的检测种类范围比紫外光谱能勘测的水质种类范围较大，其中拉曼光谱就是最常使用的红外光谱检测方法之一。基准频谱数据库需要大量数据支持，其数据分析方案极其复杂，特别是对于拉曼混合光谱学，其中仍然存在重大问题。红外光谱可简称为红外光谱。红外光谱的原理是研究红外光谱能量的函数，该能量不同于红外光谱的能谱。除了拉曼光谱检测法，还有一种荧光光谱法最为常见。荧光光谱法能够直接穿透水质，检测水质的水体本质属性和原子结构分布。运用当物质原子从基态转变为高能级时，荧光机制吸收一定量的能量，当它通过内部转换过程时失去部分能量，并且这是因为它恢复到能量水平。各种转变决定了它吸收相同量的辐射能量，并且随着不同物体的原子结构的变化，其吸收光谱将具有其自身独特的特性。水质检测技术最根本的目的就是将不同水质的水体提取出来进行简单的分类，使科技人员更好的运用水质。

2.水质检测技术的工作原理

2.1紫外吸收原理

紫外线是紫外线吸收的可见光谱，是电子光谱所拥有的。这完全归功于价电子的转换。超声和紫外光吸收水平以及紫外吸收和光材料光可用于分析，确定和推断材料的成分。当进入的单色光通过非散射内部物体的介质时，其中一些进入，其余部分通过介质，其中一些被介质反射。液体和初始液体可以分别放入相同质量的原料和其他吸收条件下，并且单色光可以通过两个池以检测通过后的光强度。溶液的浓度，液体的其他条件和入射光的波长对光的吸收有一些影响，但是如果不改变，则吸光度与另一个有关。如果不同组件之间的关系更稳定且无响应，该定律也可用于收集的不同解决方案。解决方案具有线性特征，这意味着该解决方案吸收来自特殊光线的光线，并且每个光线吸收光线。根据光吸收定律，它在正常条件下是常数，并且与入射光的波长只有固定的关系，并且因为它是固定数，所以它的和可以是多个，常数解决方案是实验已知的。从计算值计算吸光度，可以得出的结论是线性的。

2.2回归分析法

回归分析法简单来说就是每一个点都一个对应的且确定的数值，这些数值链接一起来组成一条正比或反比的直线，在生活中我们经常会用到这种方法。在光谱分析技术中，回归分析法代表了一个或多个数学公式，假设水质为自变量x，而水质质量为因变量y，那么就能得到一个结果，y随着x的变化而变化。可能这些数学公式中还存在z，m，n等其他已知因素，但公式的本质和计算程序是固定的。一般研究大剂量的水质会使用到这种方法，由于水质的体积技术过大，实验可能会存在大量误差，那么就将这个体积数代入公式得出一个较为准确的估计值。事实上，回归分析法的结论也不是一成不变的，可能所得出的数值连线是一条带弧度的曲线。我们可以将随机变量y分解为两部分，一部分是自变量x的依赖性y，这是相关性的主要部分。为了估计未知参数，我们要选择回归线，因此最接近这n个点和回归线是垂直方向的偏差程度。测量出偏差的比重，再进行紫外测量或原子吸收测量，就能具体的发现出现偏差的原因以及水质测量的最终结果。为了减小这个偏差值对水质结果的影响，通常会忽略不计。

2.3原子吸收法

该原子吸收电磁辐射并处于兴奋状态，激发态原子易于碰撞和释放，激发过程通常使用能级图来说明原子的吸收和释放质量。能量由三部分组成，即电子能量，振动和旋转能量。如果原子中有更多的电子，那么其中的自旋电子可以算作自旋电子学双胞胎。根据定义，我们知道原子是通用的，对于激发态，原子电子在给定的原因下转向，称为平行旋转。最后一个可能的条件称为三重态。由于旋转匹配条件比旋转级更稳定，因此三重态的能量低于单重态。由于原子在高能态下不稳定，因此有许多方法可以释放能并返回其原始状态。整个链接非常激动，原子的能量以各种方式立即转移到原子的能量，并且能量的释放使链接本身返回其原始情况。如果较低的能量水平和较高的能量水平相互作用，则计数器将以平衡的方式将能量水平传递给具有较小能量差的能量水平。对于相对大量的原子，当原子处于低能级以激发单重态时，会产生粒子或相对缓慢的过程。原子通过环返回其参考状态，这可称为荧光。

3.光谱分析方法

3.1等离子光谱法

等离子光谱法主要用法是通过连续性的光线扫射在水质，判断水质反射光线的反应程度大小，如果水质的射线反映越强烈，那么这个水质的水体就越容易辨别。水质试验区水质特征存在差异，水体成分复杂多样，不同体型的组成差异较大，建立了吸收与COD建立的数学模型，通过固定的水样能准确测量其他水体样本。在一段时间后水域发生变化后，需要建立新的固定数学模型。这要求在监测过程中定期检查测量误差，如果测量误差达到一定水平，则需要校正或重新建立数学模型。使用这些数学模型中的一个来反转其他水样的COD值存在误差，从这四个水样的吸收光谱可以推断出它们的吸收特性是完全不同的。虽然水体是多样的，但它们仍然可以分为有限的范围。

3.2光谱分析实验

如果我们有每种水的数学模型，那么只需要在每次测试之前评估水体所具有的水体类型。为了拟合直线R2作为性能指标，水样与参考样品的每个波长的吸光度线性拟合，拟合曲线是直线就对应于参考样品。处理过的样品的组成是相同或相似的，它们可以分类为相同的样品类型。如果不能完美重叠，则组件之间存在很大差异，并且它们不能归类为同一种水。制备了十四种不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液，得到了它们的吸收光谱，对光谱进行了标准化以进行直接比较，并对结果和相关参数进行了处理。在光谱归一化后，我们认为大多数样品的最大变异Pmax小于0.1，每个样品的归一化光谱变化小于0.1的数据大于0.85，超过一半的样品大于0.99则可以这些归一化光谱是一致的。线性归一化过程与直接对比过程的结果一致，它们与吸收光谱对齐并相互补充，可以从水体中获得更多的水质信息。

4.结语

科技发展得出一个结论，水质是具有吸光特性的且有浅显的着色，可以通过光谱分析技术提取水质内部的色素。将不同水质所蕴含的能量吸附在原子表面，建立符合标准的实验模型，在实验中总结变量之间的关系。这些方法可以将不同构成的水质分门别类，缩小了出现水质误差的可能性。这些水质的浓度决定了这些水质的使用度和密度，检测仪无法准确无误的计算密度，因此需要合理的使用光谱分析技术，得出切实有效的结果。

参考文献：

[1]鲁文杰，张英俊，郑光荣，Ti/TiO2/PbO2电极的光电协同催化技术对化学需氧量的测定研究，西南给排水，2010，

[2]刘子毓，紫外法水质COD检测的理论与实验研究，硕士学位论文，天津大学，2010