一種在線紫外光譜水質(zhì)分析儀
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鑒于環(huán)境保護(hù)需求的增加和水質(zhì)污染的日益嚴(yán)重，國家規(guī)定了多個水質(zhì)污染物含量的標(biāo)準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用的水質(zhì)參數(shù)主要有兩類：一類是直接反映水中的具體成分，如金屬離子的濃度等；另一類稱為替代參數(shù)，如COD、BOD、TOC等。替代參數(shù)能簡便迅速地反映水的物理、化學(xué)及微生物的特征。
國內(nèi)外有不少科研機構(gòu)和專業(yè)廠商都在研究如何能在線地測定這些水質(zhì)替代參數(shù)。目前，在線自動分析儀的主要技術(shù)原理有化學(xué)滴定法、電化學(xué)測量法、可見和紫外分光光度法[7]。第1種方法的原理是通過化學(xué)滴定來確定水質(zhì)參數(shù)的含量。其缺點是測量時間過長、操作維護(hù)復(fù)雜，運行成本高，同時還會產(chǎn)生二次污染。第2種方法的原理是利用水中有機物在工作電極表面被氧化的同時，工作電極上將有電流變化，當(dāng)工作電極的電位衡定時，電流的變化與水中的水質(zhì)參數(shù)成線性關(guān)系。通過計算電流的變化便可測出水質(zhì)參數(shù)。其主要特點是測量速度快，儀器結(jié)構(gòu)簡單，沒有二次污染。缺點是通過不同電化學(xué)法產(chǎn)生的電極電流變化只和一種替代參數(shù)有線性關(guān)系，和其他水質(zhì)參數(shù)則存在非線性的關(guān)系。因此一般以電化學(xué)法為原理的在線分析儀只能測量一種水質(zhì)參數(shù)[2]。第3種方法是建立在吸收定律之上的一種利用被測物質(zhì)的分子或離子對特征電磁輻射的吸收程度進(jìn)行定量分析的方法。實驗證明，紫外吸光度能反映水中有機污染的程度，特別是對水中的一大類芳香族有機物和帶雙鍵有機物尤為靈敏。許多資料亦表明紫外吸光度和一些主要水質(zhì)替代參數(shù)具有一定的相關(guān)性[4]，因此，通過分析紫外吸光度來獲得水質(zhì)參數(shù)具有極為重要的理論與實際意義。該文介紹的是一種新型在線紫外光譜水質(zhì)分析儀，以紫外分光光度法為原理，采集水樣在紫外區(qū)的全波段光譜，通過分析光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)性，獲得全光譜中的特征光譜。然后利用智能軟件的算法分析光譜和各水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系，建立相關(guān)預(yù)測模型。實驗結(jié)果表明，該水質(zhì)分析儀有測量速度快、精度高、跟蹤性能好、操作簡便的特點，和同類產(chǎn)品相比具有極大的優(yōu)勢。
1系統(tǒng)測量原理
該儀器就是一種以紫外分光光度法為原理的水質(zhì)分析儀。和國外同原理的分析儀不同的是，國外儀器采用的光源只產(chǎn)生單一波長的光譜，這是因為紫外UV254與COD近似成線性關(guān)系，而其他波長和水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系則比較復(fù)雜。為了不喪失其他波長所提供的關(guān)于水質(zhì)參數(shù)的有用信息，該儀器使用的光源產(chǎn)生250～470nm的光譜，通過智能軟件分析不同波長對水質(zhì)參數(shù)變化的影響，建立兩者的關(guān)系模型。而且不少國外儀器在使用中或多或少會用到一些化學(xué)試劑。如日本DKK－TOA公司的幾款水質(zhì)分析儀就是屬于這種類型。筆者設(shè)計的儀器在使用中則不需要任何化學(xué)試劑，因此能更迅速、直接地獲得各種水質(zhì)參數(shù)。相比以往的各種水質(zhì)分析儀，該系統(tǒng)具有測量速度快、可重復(fù)性好、成本低、不形成二次污染的優(yōu)點。
2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
分析儀采用模塊化設(shè)計，除了以后便于擴充不同的測量單元外，主要目的是為了防止模塊之間的相互干擾，提高儀器運行的穩(wěn)定性。
儀器分為水循環(huán)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、水質(zhì)分析和顯示系統(tǒng)3部分。
水循環(huán)系統(tǒng)包括進(jìn)水系統(tǒng)和出水系統(tǒng)。進(jìn)水系統(tǒng)能持續(xù)不斷地向分析儀提供水樣，進(jìn)水水泵和電磁閥在分析儀內(nèi)置軟件的控制下，把污水導(dǎo)入采樣系統(tǒng)。出水系統(tǒng)則將從采樣系統(tǒng)出來的污水排出，并獲取當(dāng)前污水樣品。
采樣系統(tǒng)包括水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)主要有傳感器和變送器。傳感器獲得包括pH值、溫度、電導(dǎo)率等普通水質(zhì)參數(shù)。變送器則將其送到工控機中。光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由光源、光纖、分光計組成。光源用于提供穩(wěn)定的紫外激光，經(jīng)過污水由分光計接收，處理后送入工控機。光纖是光信號的傳輸介質(zhì)。
水質(zhì)分析和顯示系統(tǒng)對由采樣系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示最終結(jié)果。主要包括工控機，A/D卡、繼電器、顯示用LCD觸摸屏。工控機可完成大部分計算機的功能，除了內(nèi)置智能分析軟件外，還提供諸多擴展槽。A/D卡用于數(shù)據(jù)的采集和通過繼電器對水循環(huán)系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行控制。LCD觸摸屏不僅能顯示水質(zhì)參數(shù)，而且可直接對分析儀進(jìn)行各項操作。儀器的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
作為智能在線分析測試系統(tǒng)，它不僅能自動、實時地進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)的檢測，同時通過自帶數(shù)據(jù)庫，可隨時更新和顯示水樣的歷史數(shù)據(jù)。這對于監(jiān)測水質(zhì)的變化趨勢很有實際意義。 光譜分析儀相關(guān)文章:光譜分析儀原理
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