一种新型在线紫外光谱水质分析仪.doc

一种新型在线紫外光谱水质分析仪
dzsc.com新闻出处：杭州商学院许剑良发布时间：2006-9-79:34:04
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摘要：介绍了一种自行研发的综合应用紫外光谱测量和智能计算技术的水质在线分析仪，并对其测量原理、硬件结构、软件功能与所采用的智能计算方法进行了详细说明。实际测量结果表明该水质分析仪操作简便，适合于连续在线水质分析和成批量水样检测。关键词：在线水质分析；紫外光谱；分光光度法；智能计算引言鉴于环境保护需求的增加和水质污染的日益严重，国家规定了多个水质污染物含量的标准。广泛应用的水质参数主要有两类：一类是直接反映水中的具体成分，如金属离子的浓度等；另一类称为替代参数，如COD、BOD、TOC等。替代参数能简便迅速地反映水的物理、化学及微生物的特征。国内外有不少科研机构和专业厂商都在研究如何能在线地测定这些水质替代参数。目前，在线自动分析仪的主要技术原理有化学滴定法、电化学测量法、可见和紫外分光光度法[7]。第1种方法的原理是通过化学滴定来确定水质参数的含量。其缺点是测量时间过长、操作维护复杂，运行成本高，同时还会产生二次污染。第2种方法的原理是利用水中有机物在工作电极表面被氧化的同时，工作电极上将有电流变化，当工作电极的电位衡定时，电流的变化与水中的水质参数成线性关系。通过计算电流的变化便可测出水质参数。其主要特点是测量速度快，仪器结构简单，没有二次污染。缺点是通过不同电化学法产生的电极电流变化只和一种替代参数有线性关系，和其他水质参数则存在非线性的关系。因此一般以电化学法为原理的在线分析仪只能测量一种水质参数[2]。第3种方法是建立在吸收定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法。实验证明，紫外吸光度能反映水中有机污染的程度，特别是对水中的一大类芳香族有机物和带双键有机物尤为灵敏。许多资料亦表明紫外吸光度和一些主要水质替代参数具有一定的相关性[4]，因此，通过分析紫外吸光度来获得水质参数具有极为重要的理论与实际意义。该文介绍的是一种新型在线紫外光谱水质分析仪，以紫外分光光度法为原理，采集水样在紫外区的全波段光谱，通过分析光谱数据的相关性，获得全光谱中的特征光谱。然后利用智能软件的算法分析光谱和各水质参数的关系，建立相关预测模型。实验结果表明，该水质分析仪有测量速度快、精度高、跟踪性能好、操作简便的特点，和同类产品相比具有极大的优势。1系统测量原理该仪器就是一种以紫外分光光度法为原理的水质分析仪。和国外同原理的分析仪不同的是，国外仪器采用的HYPERLINK"http://www.dzsc.com/product/searchfile/433.html"\t"_blank"光源只产生单一波长的光谱，这是因为紫外UV254与COD近似成线性关系，而其他波长和水质参数的关系则比较复杂。为了不丧失其他波长所提供的关于水质参数的有用信息，该仪器使用的光源产生250～470nm的光谱，通过智能软件分析不同波长对水质参数变化的影响，建立两者的关系模型。而且不少国外仪器在使用中或多或少会用到一些化学试剂。如日本DKK－TOA公司的几款水质分析仪就是属于这种类型。笔者设计的仪器在使用中则不需要任何化学试剂，因此能更迅速、直接地获得各种水质参数。相比以往的各种水质分析仪，该系统具有测量速度快、可重复性好、成本低、不形成二次污染的优点。2系统硬件结构分析仪采用模块化设