Химическая потребность в кислороде (COD) и мутность (TURB) представляют собой содержание восстановительных органических веществ и суспензии в воде, соответственно, и являются важными показателями мониторинга загрязнения качества воды.

Метод спектрального анализа реагирует чувствительно, скорость анализа, хорошая повторяемость, в том числе ультрафиолетовый спектральный метод из - за его зрелого принципа обнаружения, может косвенно отражать органические вещества в воде, суспензии и другие физико - химические параметры, поэтому широко используется. В реальном обнаружении рассеяние мутности может вызвать серьезные помехи в ультрафиолетовом спектре поглощения COD, что влияет на точность обнаружения спектральным методом;

Для ультрафиолетового спектрального метода синхронного обнаружения химической потребности в кислороде (COD) и мутности существуют характерные связи и перекрывающиеся помехи спектрального пика, что, в свою очередь, серьезно влияет на точность обнаружения. Быстрая и точная реализация интерференционного анализа связи и контроля содержания различных загрязнителей в воде имеет большое значение для мониторинга качества воды в полевых условиях в режиме реального времени.

Принцип обнаружения:

Анализ качества воды основан на качественном и количественном анализе загрязнителей и параметров качества воды в пробах воды с помощью различных физических, химических и биологических методов для оценки чистоты и безопасности воды.

Как правило, принцип спектрального обнаружения основан на взаимодействии вещества со светом. Когда свет попадает в вещество, молекулы или атомы вещества поглощают свет на определенной длине волны, создавая характерный спектр поглощения. Различные вещества имеют различные спектральные характеристики, поэтому различные компоненты проб воды могут быть идентифицированы и количественно проанализированы путем анализа спектра.

Закон Ламбербера указывает, что, когда луч параллельного света проходит через равномерно поглощающее вещество, абсорбция раствора A пропорциональна концентрации поглощающего вещества в растворе c и произведению длины светового пути l. А именноА.

А=ε·c·l

В том числе:

А - абсорбция (Absorbance),

Эпсилон - коэффициент поглощения моля (Molar Absorptivity).^{− 1}· см^{− 1}，

c Концентрация поглощающего вещества в единицах моль Л.^{− 1}，

l - длина светового пути, единица Cm.

При определенном световом диапазоне поглощение света на определенной длине волны зависит от концентрации соответствующего измеренного компонента.

В дополнение к абсорбционному спектру некоторые химические вещества в воде также могут быть идентифицированы и количественно проанализированы с помощью свойств возбуждения или рассеяния вещества на свет, таких как флуоресцентный спектроскопия: на основе свойств некоторых веществ испускать флуоресценцию при оптическом возбуждении на определенной длине волны, содержание вещества анализируется путем определения интенсивности флуоресценции и длины волны.

Экспериментальные идеи:

Общие показатели качества воды:

• Химическая потребность в кислороде (COD): представляет собой содержание восстановительных органических веществ в воде;

• Биохимическая потребность в кислороде (БОД): отражает содержание микроорганизмов в воде;

• ДОМ: содержание растворенных органических веществ в воде;

• TOC: общее содержание органического углерода;

• DOC: содержание растворенного органического углерода;

• SAC: специфический коэффициент поглощения;

• SSK: растворимый в воде калий;

• Мутность: содержание суспензии в воде;

• Содержание аммиака азота, общего фосфора, общего азота;

Различные параметры качества воды и компоненты воды в воде соответствуют спектральному диапазону поглощения, например, нитраты, нитриты поглощают спектральный диапазон от 200 до 250 нм, низкомолекулярные соединения, ароматические соединения, белки, органические растворители и другие спектральные диапазоны от 250 до 290 нм, мутность, общий растворенный твердый диапазон 380 нм, поэтому ультрафиолетово - видимый спектрометр в диапазоне от 200 до 800 нм для обнаружения поглощения спектра вместо одноволнового поглощения может четко отражать распределение различных веществ в воде.

Принцип измерения: ультрафиолетово - видимое поглощение (спектрофотометрия); Флуоресцентная спектроскопия;

Модель спектрометра: серия ATP2000 (высокое отношение сигнала к шуму, высокий пиксель, высокая интеграция)Степень)

Традиционный детектор использует фотоумножитель с механизмом сканирования на одной длине волны, большой объем, длительное время измерения, не может адаптироваться к анализу переходных процессов. Относительно говоря, микроволоконно - оптический спектрометр может мгновенно собирать полный спектр, может обеспечить непрерывный онлайн - мониторинг качества воды в режиме реального времени, более подходящий для полевых и онлайн - измерений.

Спектрометр измеряет абсорбцию света путем обнаружения проходящего луча параллельного света в определенном диапазоне длин волн через пропорциональную чашку Петри, содержащую образцы. Спектр поглощения образца в этом диапазоне длин волн можно получить путем сравнения спектральных карт до и после поглощения образца.

Измеряя поглощение всего ультрафиолетового / видимого диапазона и создавая химические измерительные модели, можно одновременно обнаруживать содержание нескольких параметров в качестве воды.

Спектральный сбор:

Используемая в эксперименте система спектроскопического сбора состоит из спектрометра ATP2000P, импульсной ксеноновой лампы ATG1020, среднего управляющего устройства, колориметра, волоконно - оптического аттенюатора и дисплея.

Спектрометр тестирует диапазон волн от 180 до 1000 нм с разрешением 2,3 нм и соотношением сигнала и шума > 500: 1.

В качестве пула образцов используется 10 - мм кварцевая колориметрическая чашка, которая регулирует выходную световую мощность импульсного источника света с помощью волоконно - оптического аттенюатора, чтобы обеспечить стабильность спектра поглощения и избежать искажений оптического насыщения и волнового шума.

Экспериментальные образцы:Стандартный раствор COD: предоставлен Национальным центром анализа и испытаний цветных металлов и электронных материалов, в растворенном виде - гидроксид калия фталат, концентрация массы 500 мг / л;

Стандартный раствор мутности формазида: Hangzhou Qiwei Instruments Co., Ltd. поставляется 400 NTU;

Сбор спектральных данных:

Спектр поглощения COD и стандартных растворов с различными градиентами концентрации массы был взят отдельно.

Эффективный спектральный диапазон составляет 180 ~ 400 нм, интегральное время 9 мс, интервал отбора проб 500 мс, среднее количество сканирования 20 раз. Каждый образец получил пять спектральных данных и получил среднее значение, как показано ниже на спектральной карте.

Стандартный раствор ультрафиолетового спектра поглощения, (a)COD; (b) Мутность;

спектр ультрафиолетового поглощения смешанного раствора, а) интерференция мутности COD +; (b) мутность + помехи COD;

Сравнение спектральных линий стандартных образцов раствора показывает, что основные характеристики поглощения COD и мутности сосредоточены в диапазоне от 180 до 400 нм.

Характерный пик COD находится в диапазоне от 180 до 300 нм, по мере увеличения концентрации массы поглощение ультрафиолетового спектра постепенно увеличивается, два характерных пика поглощения значительно повышаются вверх;

2. Спектральная абсорбция характеристик мутности имеет пиковый диапазон от 180 до 400 нм, а общая абсорбция увеличивается по мере увеличения мутности.

3. В смешанной выборке усиление помех мутности приводит к тому, что спектральная линия поглощения COD поднимается вверх, основной пик поглощения смещается вправо, усиление помех COD приводит к значительному повышению пика поглощения мутности вверх, в диапазоне от 300 до 400 нм помех меньше.

Предварительная обработка спектральных данных:

Поскольку во время спектральных измерений внешняя среда, условия измерений и характеристики самого прибора оказывают большее влияние на результаты измерений. Собранные исходные данные обычно содержат большое количество избыточных и коллинейных данных, что значительно влияет на точность поздних моделей и эффективность обработки данных. Для ослабления или устранения этого эффекта обычно требуется предварительная обработка собранных спектральных данных, таких как:Выбор длины волныИ соответственноАлгоритмическая оптимизацияЭто позволяет получить эффективные спектральные данные и повысить точность и стабильность обнаружения модели.

Выбор характеристической длины волны, (a) COD; (b) Мутность;

Клиенты извлекают характерные длины волн через SPA, упрощают спектральные данные, исключают несвязанные избыточные переменные и значительно уменьшают информацию о помехах. Оптимизация параметров с помощью алгоритма SVR, Успешно построена оптимизированная модель, которая может эффективно уменьшить одновременное существование характерных связей COD и мутности и перекрывающихся помех спектрального пика, достичь точного синхронного прогнозирования содержания COD и мутности в пробах воды, а также имеет высокую точность обнаружения раствора малой мутности, эффективно реализует синхронное обнаружение COD и мутного ультрафиолетового спектра.