基于紫外-可见光光谱的水质分析方法研究进展与应用

基于紫外-可见光光谱的水质分析方法研究进展与应用

王秀敏

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司，内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市，026000

 摘要：当今环境污染问题是对人们生活影响较为严重的一个问题，尤其是水源污染，更是直接影响着人们的生产生活。要为人们的健康生活提供相应的保障，需要对水质进行有效的分析，方便进行进一步的水质处理工作。本文就水质分析工作的主要使用技术进行了简要的探讨，文章前半部分对整体的水质分析工作使用的方法以及重要性进行了论述，并讨论了其中存在着的各种问题，后半部分主要针对当今较为常见而且具有较高分析效率的紫外可见光谱水质分析测量系统的内部各种技术进行了讨论，对于水质分析工作具有一定的参考意义。

        关键词：紫外可见光；水质分析；进展；应用       

        前言

        水污染是当今较为常见的一种环境污染，造成这种污染的主要原因是人类生产生活活动。而人类也受到环境污染的反作用，受到了巨大的损失。水资源的类型较多，不同类型的水资源内部所含物质也不同，淡水资源污染与海洋污染便具有较大的差别。受到污染时污染源不同会对不同水资源产生不同的影响，要实现针对性的污染防治，便需要对水资源内部所含物质具有较为准确的了解。在进行处理时优先采用水质分析技术进行水资源内部物质分析，可以进行针对性处理，可以提高污染处理的质量[1]。

1.紫外光谱分析基本原理

        紫外-可见吸收光谱统称为电子光谱。分子可以吸收紫外-可见光区200~800nm的电磁波而产生的吸收光谱称紫外-可见吸收光谱，简称紫外光谱（uv）。紫外可见光可分为3个区域：远紫外区10~l90nm；紫外区190~400nm；可见区400~800nm。其中10~l90nm的远紫外区又称真空紫外区。氧气、氮气、水、二氧化碳对这个区域的紫外光有强烈的吸收。一般的紫外光谱仪都可检测包括紫外光（200~400）和可见光（400~800nm）两部分，故紫外光谱又称之为紫外可见光谱。紫外光谱和红外光谱统称分子光谱。两者都是属于吸收光谱。紫外光谱是由样品分子吸收一定波长的光，使其电子从基态跃迁到激发态引起。紫外光谱又称之为电子吸收光谱。分子通常是处于基态的，但当分子受紫外光照射时，可吸收一定大小的能量（ΔE=hυ）的紫外光，此能量恰好等于电子基态与高能态能量的差值（E1~E0），使电子从E0跃迁至E1。用仪器将紫外光强度在吸收池前后的变化记录下来，得到紫外光谱[2]。

2.水质分析方法       

2.1水质工作的主要内容及其重要性

        水质分析工作的主要内容包括较多的方面，在进行水质分析工作时，首先需要对水质的颗粒进行检验，不同水资源中的颗粒具有不同的物理特性，在人类居住较为密集的区域，周围的水域中，水资源一般内部具有较大的颗粒物，这些颗粒物一般是由于人们进行生产生活时，向大气中排放的废物颗粒，一般以煤炭燃烧废物为主，这些物质通过大气流动飘散到周围各种水域中，这些物质数量较少时一般不会对水域造成较大的危害，而且水域自身具有一定的流动性，水质恶化的可能性相对较小。但是对于一些城市周围的湖泊等，水域流动性较小，经过长时间的污染物吸收，水质内部会存在较多的颗粒，而这些颗粒在水中会受到水的作用，之间产生和聚集，形成块状颗粒物，体积相对较大，这部分颗粒物不仅可能对使用水源的人群造成健康危害，还可能直接影响水域内部生态环境，造成部分生物死亡，进一步危害水域质量。另一种较为常见的水质问题则是由于化学因素造成的，人类活动导致大量的化学物质流入水域中，对水域原来的性质造成相应的影响。化学污染不仅仅在人类的生产活动区域会出现，在一些海洋上也会出现，而且海洋中出现的污染一般以化学物质如石油等泄露为主，这些物质扩散性较强，一旦泄露会瞬间覆盖大面积海洋表面，导致海面与空气的接触受阻，海洋中局部区域缺乏氧气，内部生物生存受到威胁。在发生泄露事故时，或者部分水域成为了工业废料排放区，需要采取一定的措施对其进行处理，但是处理结果往往无法通过肉眼观察，只有通过专业的水质分析工作，才能确保水质的质量处理效果，对于生态建设具有较大的意义[3]。

        2.2用于水质分析工作的常用方法

        在进行水质分析工作时，针对水质问题的主要原因，进行水质分析的方法也具有一定的针对性，主要分为水质物理分析以及化学技术分析。物理分析法，一般依靠颗粒的散射原理进行，在水域较为浑浊的区域，取相应的水源样本，采用普通光进行照射，可以产生丁达尔效应，通过该效应的强弱程度可以对污染较为严重的水域进行精确的分析。而对一般的水域进行分析，取样本进行照射一般不会发生丁达尔效应，主要是由于其内部并没有足够大的颗粒物，整体的颗粒物体积相对较小，但是这些小颗粒却具有自己的物理特性，在光学方面也具有自身独特的特点，不同水域的水质光学区别主要表现在色谱方面，在进行水质分析的过程中，可以采用专业的设备对水源样本进行照射，将照射后的光线投射在涂有相应感光材料的面板上，通过对光学成像进行分析，能够了解内部颗粒对光的吸收和反射的情况，与相应的色谱进行对比，可以对其中存在颗粒的性质进行进一步的精确。除了需要对水质的物理性质进行分析，还需要对其化学性质进行分析，在进行化学性质分析时，取相应的样本于多个试管中，然后滴加各种化学药剂，观看沉淀或者变色反应，能够对水源内部的元素有一个定量的了解。同时可以采用生物实践技术，了解水源毒性对生物的影响，在其影响超标时，能够对其进行及时控制，避免出现人员伤亡。

        2.3进行水质监测工作时存在的问题

 虽然当今存在着较多的方法用于水质分析工作，但是在进行使用时，也存在着一定的问题需要解决。大部分水源在进行物理分析的过程中，采用的对照光谱为紫外可见光谱，水对这部分光的吸收以及透射和反射的特性相对较为明显，但是在操作技术方面却存在着一定的问题需要解决。首先是对照射光的波长控制精度存在着一定的问题，在进行照射的过程中，存在有光束包括的波段较宽的现象，在进行分析的过程中，无法对通过液体的光线变化因素进行确定，不同波段的光线受不同体积颗粒的影响明显。经过变化的光波无法确定其原波段长度。另外，在进行水质分析工作时，水源内部所含成分相对较多，部分分析工作人员在进行分析的过程中过于注重精确性，水源的各种物质都进行分析，虽然较为精确，但是效率较低，影响水资源污染治理效率。当今在进行水质分析工作时，需要依靠计算机技术进行数据补偿改良，简化工作人员的工作过程，提高工作效率，但是当今部分计算机数据处理系统不够完善，在进行处理的过程中依旧需要人工设计多个程序对其进行执行，人力成本相对较高。

3.利用紫外可见光谱进行水质分析的研究进展与应用

        3.1利用单波长分析法进行水质分析

        在进行水质分析工作时，对于物理分析工作，一般采用光学技术来进行，在紫外可见光波段中，涉及到多个不同波段的光束，在进行照射使需要采用单波长分析法，通过对周围环境质量进行估算，计算出水源内部颗粒的大致直径范围，然后根据大致直径范围，选择相应波段范围的光束，将不但范围内的波长分离，进行单独的波长分析工作，每个波长的光束照射通过相应的样品，利用感光材料对出射后的光线进行收集，观测各个波段的光线变化程度，针对其中变化最大的波段进行研究，对比紫外可见光谱可以精确地了解水源所含物质物理性质。

        3.2利用主成分分析法进行水质分析

        主成分分析法同样是进行水质分析工作较为有效的一种方法，大部分水源污染污染源一般较为单一，水中的主要污染物质多样，主要是污染物在进入水中后，发生一系列的化学反应生成了其他污染物质。在利用紫外可见光进行水质分析工作时，应当以主成分的分析工作为主，将光谱进行分解之后，通过对光谱进行分析，能够了解变化较大的光谱波段，将其与相应的化学物质光谱进行对比，能够分析出水源的主要物质。然后由该物质进行发散式分析工作，分析可能发生反应生成的物质，然后进行针对性处理，能够减少水质工作分析的内容。

        3.3采用人工神经系统进行水质分析工作

        当今在进行水质分析工作时，不仅需要从原理方面进行改进，还需要从技术方面进行拓展，在后期演算分析的过程中，可以通过对计算机技术进行改进，简化演算工作。可以设计相应的人工神经系统，通过人为指定紫外可见光谱的波长等数据，设计相应的程序，使其不断地改进算法，对通过感应器收集到的数据进行不断地改正，获得所需波段光谱的真实数据，将其中各类数据通过数据库系统进行储存管理，能够获得较多的数据，实现大数据精确分析。

4..结语

 紫外可见光谱分析在水质分析工作中具有重要的意义，改进其应用技术能够有效提高水质分析工作效率。

        参考文献：

        [1]杨昆.原子吸收分光光度法在水质分析中的异常现象及处理方法分析[J].化工管理. 2017（02）

        [2]杨春霞.高效液相色谱技术在水质分析中的实践与研究[J].当代化工研究. 2018（02）

         [3]曹倩.基于紫外-可见光谱分析的水质监测技术研究进展[J].河南科技，2014(02)