水質檢測在改善水環境汙染、基于究保護水資源質量安全等方麵具有重要意義。光谱近幾年，分析國內外對於水質檢測技術都進行了大量實踐研究，外水其中基於光譜分析的质检紫外水質檢測技術相比較於其他檢測方法而言具有諸多優勢，比如，测技檢測方法純粹依靠物理原理，术研無須使用化學試劑，基于究不會對水質造成二次汙染，光谱而且可以進行連續監測，分析有助於進行水質動態參數的外水采集，檢測數據更加全麵、质检細致，测技檢測結果更加可靠。术研但從其他角度來講，基于究該技術也存在一定缺陷，比如，對於成分變化較大的水體，檢測難度較大。基於此，本文提出一種紫外(UV)光譜定性分析方法，通過改進水體分類方式進一步增強水質檢測技術的可行性。

1 基於光譜分析的紫外水質檢測技術方法原理及分類

1.1 基於光譜分析的紫外水質檢測原理

目前，我國已經比較成熟的水質檢測技術有很多種。其中，紫外水質檢測技術是應用頻率較高的一種物理檢測技術，該技術依據的理論基礎是朗伯比爾定律，具體公式為：

A=kcL(1)

式中，k為吸收係數；c為物質的測溶液濃度；L為光程。

水體含有的酚類和苯類化學物質在紫外光線作用下會存在較為明顯的光譜吸收現象。在此基礎上，人們可以利用吸收係數和光程，完成基於光譜條件的紫外水質檢測，對水質中的COD成分進行測量和計算。但是，單波長的紫外吸收泛化能力不強，所以檢測存在一定限製，而紫外光譜分析法則可以在很大程度上克服這一缺陷，實現高質量的水質檢測效果。

1.2 基於光譜分析的紫外水質檢測方法分類

1.2.1 光譜直接對比分析法

光譜直接對比分析法的具體原理如下：先選定需要檢測的水質樣本，然後對其光譜吸收情況進行檢測，並將檢測結果與參照樣本的光譜吸收度進行對比，擬定一個標準的評價指標，然後通過該指標對比的結果進行分析。紫外水質檢測樣品的數值變化和對照光譜吸光度之間存在一種線性關係，水樣濃度與對比分析結果存在正比關係。依照評價指標，若二者對比後的數值比0.99小，則表示被測水樣質量不合；反之，則表示被測水樣與參照水樣質量趨於一致，檢測結果合格。其具體的計算公式為：

式中，ABS1(λ)為被測水樣的光譜吸光度；ABSref (λ)為參照樣本的光譜吸光度；f為二者的比值。

1.2.2 光譜歸一化分析法
相比較於直接對比分析法而言，光譜歸一分析法的計算方式有所簡化，將有量綱表達變換為無量綱表達，具體計算公式為：

 
式中，A(λ)為物質在波長λ的吸光度；Amin和Amax分別為波長範圍內物質的最小吸光度和最大吸光度。

對於同一種水體而言，其濃度和光程是一致的，所以依照朗伯比爾定律原理，式(3)可以簡化為：

 
式中，k為物質的吸光度。

依照相關評價指標，若需要檢測的水質樣本光譜和參照樣本光譜成分類似，則可以判定二者為同類樣品；反之，若檢測結果顯示二者的線性關係重合性不佳，則表示其存在一定差異，為非同類水質，同時也說明被檢測水質汙染程度比較嚴重。采用光譜歸一化分析法時，必須對同一水質樣品進行多個劃分，然後分別進行光譜試驗分析，對每份樣品的波長吸光度進行統計，分析每個波長的波動狀況，最後計算波長波動的平均值。

2 基於光譜分析的紫外水質檢測試驗結果與分析

2.1 檢測儀器說明

本文所提及的紫外水質檢測技術主要由光路係統、開放流通池、光電接收/轉換係統以及控製係統等幾大模塊組成，所使用的檢測儀器框圖如圖1所示。脈衝氙燈是主要的發光設備，發出的光譜將進入凹麵光柵係統，經由該係統進行分光處理，從中分離出單色光，然後單色光經由流通池傳遞到光電接收裝置，光信號便可以轉換為電信號，AD采樣裝置進行信號轉換，最後利用無線傳輸設備將信號上傳給上位機，即可顯示出詳細的檢測數據。上位機主要通過監控軟件控製，具備數據顯示、處理、存儲等多種功能，可以測量的光譜範圍介於200～720 nm。

2.2 紫外吸光度法檢測水體中的COD

試驗過程中分別采集四種不同類型的水樣，然後利用上述水質檢測儀器，分別測量每種水樣的紫外光譜，並在波長254 nm處建立吸光度和COD的數學模型關係。當二者的線性曲線相關係數大於0.99時，則表示線性關係良好，因此吸光度便可以有效反映檢測水樣的COD，此次試驗的具體數據如表1所示。由於檢測所用的水樣不同，所以其各自數學模型會存在較大差別。若以其中一種水樣的數學模型為基礎，反演其他幾類水樣，則會發現獲得的結果存在較大偏差。本次試驗發現，在波長230 nm處，檢測水樣表現出的吸收特性差異最為明顯，由此可見，采用單波長法建立一個固定的數學模型來進行分析計算，並不適應於組分複雜的水質檢測。

2.3 光譜分析試驗

2.3.1 鄰苯二甲酸氫鉀溶液試驗

試驗過程中配製濃度各不相同的鄰苯二甲酸氫鉀溶液14份，並對每份溶液的吸收光譜進行測量，分別采用光譜直接對比分析法和光譜歸一化分析法對測量結果進行分析。結果表明，采用光譜歸一化處理時，被測樣品大部分的波動最大百分比都低於10%，其中每個樣品歸一化光譜波動低於5%的樣本對比數據都大於85%，有超過一半樣品數值大於99%，該數據表明，被測樣本和參照樣本的歸一化光譜重合度較高，可以判定其為一類樣品。

2.3.2 實際水樣試驗

實際水樣試驗的具體方法是，同一時間節點，從同一河流的同一地點分別采集兩份水質樣本，其中一份添加去離子水進行稀釋，然後均勻分成8份測試溶液，再用重鉻酸鉀滴定法對每份溶液的COD進行檢測，最後用紫外水質檢測儀測定樣本的吸收光譜，分析光譜結果。結果表明，歸一化分析方法下，檢測水樣的光譜波動範圍保持在5%左右；直接對比分析方法下，檢測水樣的擬合係數均大於0.99。由此可見，在實際水樣成分比例不變的情況下，其歸一化分析結果和直接對比分析結果與苯二甲酸氫鉀溶液試驗結果一致，歸一化光譜重合，而且光譜直接對比時呈線性。從兩份水樣的吸收光譜還可以看出，當波長為230 nm時，二者的吸光特性差異較為明顯，但是歸一化後二者重合度仍然較高，波動小於0.05，在可接受範圍內，所以仍然可以判斷兩份水樣為同類水質。

2.3.3 不同水樣試驗分析

試驗發現，四份檢測水樣的吸收特性存在一定區別，即來自不同水體的水樣，其歸一化光譜存在較大差異。基於此，在實際檢測過程中，可以采用光譜直接對比分析法和光譜歸一化分析法，先對需要檢測的水樣進行歸類區分，然後根據實際水樣類別，建立相應的預測模型，使用相應的水質檢測方法來進行檢測，這樣可以有效減少歸一化光譜差異所造成的檢測誤差，大大提高檢測精確度。

2.4 基於光譜分析的紫外水質檢測

試驗分析結果表明，水樣的吸光度和COD之間存在密切的關聯，基於光譜分析的紫外水質檢測技術可以簡單、快捷地對COD水質參數進行測量，以便判斷被測水樣的質量。針對實際檢測過程中所建立的數學分析模型隻適用於相似水樣的問題，本次試驗采取紫外光譜分析法，有效實現對不同水樣的判定。利用本研究提出的光譜分析方法和光譜分析預測評價指數，可以大大提高紫外水質檢測技術的泛化應用範圍，減少各類水樣差異帶來的模型計算誤差，解決紫外光譜分析法在水體水質監測過程中的準確度難題。

3 基於光譜分析的紫外水質檢測技術應用優勢

當前，水質檢測技術不斷升級，投入檢測的儀器設備越來越先進。在這種發展背景下，基於光譜分析的紫外水質檢測技術的優勢越發突出，具體表現如下。

3.1 水質檢測技術操作更便捷

基於光譜分析的紫外水質檢測技術，其試驗操作相較於傳統化學水質檢驗更為便捷，不需要大量器具，並且具有理想的重複性能。紫外水質檢測儀器的應用為水質檢測節省很多時間，操作人員隻需要按照步驟完成檢測準備工作。

3.2 水質檢測精準度、穩定性更好，檢測速度更快

基於光譜分析的紫外水質檢測技術正在朝檢測精準度、穩定性提高，檢測速度更快的方向前進。這種物理水質檢測方式的精準度不斷提高，人們可以根據不同的水源樣品製定不同的對比精度標準，以模塊化的方式完成精準度優化。同時，以水質環境為基礎，製定具體的精準度檢測方案，並且提高儀器測量標準，確保水質檢測數據不會出現計算誤差。當前，要加快紫外水質檢測技術的檢測速度，重視檢測性能的提高，進一步為檢測技術應用創造有利條件，提供更多水質檢測新服務。

3.3 水質檢測消耗與成本更低

基於光譜分析的紫外水質檢測技術正在朝降低檢測消耗、節省檢測成本、保證檢測精準性的方向發展。尤其是光譜分析方麵，要改進紫外水質檢測儀器，降低儀器檢測消耗，以最少的檢測資源得出最準確的檢測成果。同時，減少水樣品的應用，控製好檢測投入，盡量減少油料消耗，以此達到降低成本的目的。

4 結語

基於光譜分析的紫外水質檢測技術具有很強的實際應用價值，相較於傳統化學檢測方法，這種物理檢測方法更加簡單、高效、環保，而且成本更低，隨著綠色環保理念的提出，基於光譜分析的紫外水質檢測技術應用前景將越來越廣闊。因此，人們應當對此足夠重視，在實際水質檢測中不斷總結經驗，加強先進技術理論與實踐的融合應用，進一步促進我國水質檢測水平的提高。

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