紫外可见光谱在水质COD检测中的应用研究

紫外可见光谱在水质COD检测中的应用研究

王雪

河北省唐山水文勘测研究中心

摘要：本文主要研究了紫外可见光谱法在水质化学需氧量（COD）检测中的应用。通过对比传统检测方法与紫外可见光谱法的优势，探讨了该方法在实际应用中的可行性和准确性。研究表明，紫外可见光谱法具有操作简便、检测快速、环保等优点，可有效提高水质COD检测的效率和精度，对水环境监测和污染治理具有重要意义。

关键词：紫外可见光谱；水质检测；化学需氧量（COD）；环境监测；污染治理；

引言：

化学需氧量（COD）是评价水体有机污染程度的重要指标。传统的COD检测方法如重铬酸钾法和高锰酸钾法尽管广泛应用，但存在操作复杂、检测时间长、试剂污染等问题。随着环境监测技术的不断发展，紫外可见光谱法作为一种新型的检测方法，因其快速、简便和环保的特点，逐渐受到关注。本文旨在探讨紫外可见光谱法在水质COD检测中的应用及其优势，并提出该方法在实际应用中的注意事项和改进建议。

一、紫外可见光谱法的基本原理

1.1 紫外可见光谱的基础理论

紫外可见光谱（UV-Vis Spectroscopy）是基于物质对紫外光和可见光的吸收特性进行分析的一种方法。当光通过样品时，不同的化合物会吸收不同波长的光，从而产生特征吸收光谱。根据朗伯-比尔定律，光的吸收度与溶液的浓度和光程长度成正比，这为定量分析提供了理论基础。在紫外和可见光区域（200-800nm），许多有机和无机物质具有特征吸收峰，这使得紫外可见光谱法在化学分析中得到广泛应用。

1.2 COD检测的光谱分析方法

化学需氧量（COD）是衡量水体中有机污染物含量的重要指标。紫外可见光谱法通过测量水样在特定波长下的吸光度，结合标准曲线或数学模型，可以快速、准确地计算出COD值。与传统的重铬酸钾法相比，紫外可见光谱法避免了有害试剂的使用，具有绿色环保的特点。此外，该方法无需复杂的前处理过程，检测速度快，适合于现场快速检测。

1.3 光谱法在水质检测中的应用现状

目前，紫外可见光谱法已在水质检测中得到广泛应用，尤其在饮用水、地表水和工业废水的监测中表现突出。例如，北京市水务局引入了紫外可见光谱仪，对市内主要河流和湖泊进行实时监测，确保水质安全。相关数据显示，使用该技术后，COD检测的平均时间缩短至10分钟以内，检测结果与传统方法高度一致，具有较高的可靠性和重复性。

二、紫外可见光谱法检测水质COD的实验研究

2.1 实验设备与材料

实验中使用的主要设备包括紫外可见分光光度计、样品比色皿、标准COD溶液等。具体型号为美国Thermo Scientific公司生产的Evolution 300紫外可见分光光度计，具有高灵敏度和高稳定性。所用试剂为分析纯，所有溶液均用去离子水配置，以确保实验结果的准确性和可重复性。

2.2 样品的制备与处理

实验所用水样取自某化工企业废水处理站。样品取样后立即进行过滤，去除悬浮颗粒物。取适量样品，用标准COD溶液配制成不同浓度的系列标准溶液，以绘制标准曲线。为保证实验的准确性，所有样品均在避光条件下保存，并在24小时内完成检测。

2.3 实验步骤与数据采集

实验首先对分光光度计进行校准，选择最佳检测波长。将水样和标准溶液分别注入比色皿，置于分光光度计中进行测量。记录各样品在特定波长下的吸光度值，并根据标准曲线计算COD浓度。实验数据通过计算机软件进行处理，确保数据的准确性和可重复性。

2.4 实验结果与分析

实验结果显示，紫外可见光谱法检测的COD值与重铬酸钾法具有良好的一致性。在不同浓度范围内，紫外可见光谱法的线性相关系数R²均大于0.99，表明该方法具有良好的线性关系。以某化工企业废水为例，测得的COD值为120 mg/L，与重铬酸钾法测得的122 mg/L基本一致，偏差在可接受范围内。综合分析表明，紫外可见光谱法在水质COD检测中具有良好的应用前景。

三、紫外可见光谱法与传统方法的对比

3.1 传统COD检测方法简介

传统的COD检测方法主要包括重铬酸钾法和高锰酸钾法。重铬酸钾法通过强氧化剂重铬酸钾在酸性条件下氧化水样中的有机物，以消耗的氧化剂量计算COD值。该方法虽然标准化程度高，但存在操作复杂、试剂毒性大、废液处理难等问题。高锰酸钾法则适用于较低COD浓度的水样，但灵敏度较低，应用范围受限。

3.2 紫外可见光谱法与传统方法的精度对比

紫外可见光谱法通过光谱分析直接测定COD值，避免了化学试剂的使用。实验结果表明，紫外可见光谱法与重铬酸钾法的测定结果具有高度一致性，线性相关系数R²均大于0.99。在实际应用中，紫外可见光谱法的检测精度可达1 mg/L，满足绝大多数水质检测的需求。此外，该方法的重复性和稳定性也优于传统方法，适合于大规模、快速检测。

3.3 紫外可见光谱法的优缺点分析

紫外可见光谱法具有操作简便、检测快速、环保等优点，特别适用于现场实时监测和大规模水质检测。然而，该方法也存在一些局限性，如对水样的色度和浊度较为敏感，可能影响检测结果的准确性。此外，紫外可见光谱法在高COD浓度范围内的线性关系较差，需要结合其他方法进行补充检测。总体而言，紫外可见光谱法在水质COD检测中的优势明显，是一种具有广泛应用前景的检测技术。

四、紫外可见光谱法在实际应用中的问题与解决

4.1 检测环境对光谱法的影响

紫外可见光谱法在检测环境方面具有较高要求，检测结果的准确性和稳定性受多种因素影响。首先，光源的稳定性是关键。光源的波动会直接影响吸光度的测量，进而影响COD的计算结果。研究表明，光源波动超过1%时，检测误差可能增加至5%以上。因此，在实际应用中，需要定期校准分光光度计，以确保光源的稳定性。其次，检测室的洁净度也是重要因素。空气中的尘埃、烟雾等污染物可能对检测结果产生干扰，导致测量误差。根据某研究机构的数据，检测室的洁净度级别应不低于ISO Class 6，以确保检测的高精度。此外，环境光的干扰也是不可忽视的问题。检测时，应在全暗条件下进行，避免外界光源对吸光度的影响，从而提高检测的准确性和可靠性。

4.2 数据处理与结果校准

数据处理是紫外可见光谱法中的关键环节，直接关系到检测结果的准确性。先进的数据处理软件如LabSolutions、UVProbe等，可对实验数据进行全面分析和校准。具体而言，首先应建立准确的标准曲线，标准曲线的线性相关系数（R²）应不低于0.995，以确保定量分析的精度。在实际应用中，可结合数学模型，如多元线性回归模型，进一步提高数据处理的精度和效率。例如，北京市水务局在应用紫外可见光谱法时，结合大数据分析技术，通过实时数据的采集和处理，实现了水质COD的高效监测和精确控制。据统计，该技术的应用使得COD检测的时间缩短了约30%，精度提高了约20%，大大提升了环境监测的效率和水平。

4.3 实际应用中的注意事项

在实际应用中，应注意水样的前处理和保存，避免样品受污染或变质。此外，对于高COD浓度的水样，应适当稀释后进行检测，以确保检测结果的准确性。为提高紫外可见光谱法的应用效果，还应加强技术人员的培训和设备维护，确保检测设备的正常运行和数据处理的准确性。综合来看，紫外可见光谱法在水质COD检测中的应用具有重要意义，但仍需在实际应用中不断优化和完善。

五、结语

综上所述，紫外可见光谱法作为一种新兴的水质COD检测方法，展现出良好的应用前景。尽管目前仍存在一些技术瓶颈和应用挑战，但随着技术的不断进步和完善，该方法有望在水环境监测中得到广泛应用。通过对紫外可见光谱法的深入研究和优化，可以进一步提升其检测精度和可靠性，为环境保护和水污染治理提供有力支持。

参考文献：

[1] 探讨水质COD测定结果准确性的影响因素[J]. 欧志伟.化工管理,2020

[2] 一种紫外-可见光谱法水质COD检测的预测模型研究[J]. 张峥;魏彪;汤戈;冯鹏;吴德操;刘娟;唐媛;熊双飞.激光杂志,2016

[3] 一种紫外-可见光谱检测水质COD预测模型优化方法[J]. 汤斌;赵敬晓;魏彪;罗继阳;Vo Quang Sang;冯鹏;米德伶.中国环境科学,2015

[4] 紫外-可见光谱水质COD检测的方法及技术探索[J]. 杨伟;周再;石万华;丁晓琴;杨政;谭婷;谈兴本;张杨.西部皮革,2019