我國(guó)水資源雖然豐富，但是將水質(zhì)這一概念作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之后，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(wèn)題下降迫在眉睫。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的一個(gè)重要的發(fā)展方向，基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有實(shí)時(shí)檢測(cè)、針對(duì)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、成本低等顯著優(yōu)勢(shì)。本文主要闡述了基于紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)。
目前我國(guó)乃至全世界面臨的一個(gè)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題就是水污染的問(wèn)題，水質(zhì)監(jiān)測(cè)成為現(xiàn)代環(huán)境管理的重點(diǎn)內(nèi)容之一。通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)能夠?qū)λh(huán)境的質(zhì)量和污染狀況進(jìn)行準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的反映。水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)重要的發(fā)展方向。
一、紫外光譜分析基本原理
紫外-可見(jiàn)吸收光譜統(tǒng)稱(chēng)為電子光譜。分子可以吸收紫外-可見(jiàn)光區(qū)200～800nm的電磁波而產(chǎn)生的吸收光譜稱(chēng)紫外-可見(jiàn)吸收光譜，簡(jiǎn)稱(chēng)紫外光譜（uv）。紫外可見(jiàn)光可分為3個(gè)區(qū)域：遠(yuǎn)紫外區(qū)10～l90nm；紫外區(qū)190～400nm；可見(jiàn)區(qū)400～800nm。
其中10～l90nm的遠(yuǎn)紫外區(qū)又稱(chēng)真空紫外區(qū)。氧氣、氮?dú)?、水、二氧化碳?duì)這個(gè)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(cè)包括紫外光（200～400）和可見(jiàn)光（400～800nm）兩部分，故紫外光譜又稱(chēng)之為紫外可見(jiàn)光譜。紫外光譜和紅外光譜統(tǒng)稱(chēng)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(zhǎng)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(chēng)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(shí)，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(lái)，得到紫外光譜。
二、紫外光譜水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)
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紫外光譜水質(zhì)檢測(cè)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(lái)的輻射能量作用到待檢測(cè)物質(zhì)的分子時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部便會(huì)通過(guò)電磁輻射的形式來(lái)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(cè)物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)將吸收與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化相對(duì)應(yīng)頻率的輻射能，并向較高的太能遷移。這種物質(zhì)對(duì)輻射具有的選擇性吸收產(chǎn)生的光譜，稱(chēng)為吸收光譜。紫外－可見(jiàn)光譜就屬于這其中一種吸收光譜。而它的另一個(gè)重要特性是其電子躍遷產(chǎn)生的光譜是寬譜帶。
那么，當(dāng)某種分子經(jīng)受連續(xù)不斷的、某一范圍波長(zhǎng)的光照射時(shí)，其光子的能量便會(huì)傳遞給分子，并被分子有選擇性的吸收掉，降低這一區(qū)域的光能強(qiáng)度，也因此而產(chǎn)生的有吸收譜線(xiàn)組成的透射光光譜，就是分子吸收光譜。
郎伯－比爾定律。紫外光譜水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)核心是檢測(cè)某一物質(zhì)中紫外光的吸收率來(lái)測(cè)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(guò)某測(cè)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。
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系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架
紫外光譜水質(zhì)檢測(cè)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(hào)采集等部分組成。在利用光吸收率進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)時(shí)的工作路徑為:所接收到的紫外光源經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)分解為不同光譜，不同物質(zhì)的測(cè)量則會(huì)自動(dòng)選擇相對(duì)應(yīng)的光譜，在經(jīng)過(guò)水質(zhì)樣品池的時(shí)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(hào)，這一部分將被軟件設(shè)計(jì)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(jì)算得出所檢測(cè)物質(zhì)的含量，最終在電子屏上進(jìn)行顯示。
三、紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵問(wèn)題
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分析儀器的微小型化
隨著科技進(jìn)步以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)、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(shí)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(wèn)題之一。實(shí)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(duì)水環(huán)境的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，確保監(jiān)測(cè)的時(shí)效性的提高，而小型化的分析儀器能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動(dòng)、穩(wěn)定性高以及使用壽命高等目標(biāo)，就目前情況來(lái)看，未來(lái)紫外光譜分析儀器的研究?jī)?nèi)容包括小型化脈沖氦燈和無(wú)極氣燈兩方面。
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分析技術(shù)的自動(dòng)化
縱觀(guān)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的整個(gè)發(fā)展歷程，至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從人工采樣實(shí)驗(yàn)室分析到在線(xiàn)自動(dòng)采用分析再到原位連續(xù)測(cè)量等一系列的發(fā)展過(guò)程中，在這個(gè)過(guò)程中逐漸了對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了應(yīng)用，可以說(shuō)已經(jīng)對(duì)水資源區(qū)域內(nèi)多處水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(cè)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。這一技術(shù)在應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中探頭的自動(dòng)清洗工作的實(shí)現(xiàn)。就目前水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)看，探頭的自動(dòng)清洗主要采用壓縮空氣清洗和機(jī)械清洗的方法，對(duì)探頭的清洗效果將會(huì)直接影響到其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。目前，我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的方法是在特定的時(shí)間、位置取河流某些斷面上的瞬時(shí)水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析檢測(cè)，這種檢測(cè)方法的缺點(diǎn)在于不能及時(shí)準(zhǔn)確的獲得水質(zhì)變化的動(dòng)態(tài)性數(shù)據(jù)。
綜上所述，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用紫色光譜分析技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)缺陷，基于傳統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)研制的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀還存在著體積大，維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。而該方法儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程不用試劑，無(wú)需加熱，所以可實(shí)現(xiàn)對(duì)COD的連續(xù)、快速、穩(wěn)定的測(cè)量，而且無(wú)二次污染。
