1紫外—可見光譜分析方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用紫外—可見光譜分析水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要進(jìn)展方向 ,與傳統(tǒng)的化學(xué)分析電化學(xué)分析和色譜分析等分析方法相比,光譜分析技術(shù)更具有操作簡(jiǎn)便、消耗試劑量小、重復(fù)性好、測(cè)量精度高和檢測(cè)快速的優(yōu)點(diǎn),格外適合對(duì)環(huán)境水樣的快速在線監(jiān)測(cè)目前該技術(shù)主要有原子吸取光譜法分子吸取光譜法以及高光譜遙感法,其中高光譜遙感法由于測(cè)量精度不高多數(shù)用于定性分析,而原子吸取光譜法精度雖高,但由于首先要把樣品汽化,因而耗能較高,系統(tǒng)體積大,不適合廣泛使用,比較而言,分子吸取光譜法是目前應(yīng)用較為廣泛的水質(zhì)分析技術(shù),其中紫外—可見光譜分析法可直接或間接地測(cè)定水中大多數(shù)金屬離子、非金屬離子和有機(jī)污染物的含量,具有靈敏、快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔等優(yōu),并可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種水質(zhì)參數(shù)的檢測(cè),在對(duì)飲用水、地表水、工業(yè)廢水等水體的在線監(jiān)測(cè)中具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì),是國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)與主要表廠商競(jìng)相研發(fā)的現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)。1、UV-VIS分光光度計(jì)的進(jìn)展?fàn)顩r紫外可見分光光度計(jì)的進(jìn)展從歷史上看,分光光度計(jì)按其光路可分為兩類。第一類是單光束儀器,,構(gòu)造簡(jiǎn)潔和價(jià)格廉價(jià),缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差,漂移較大。其次類是雙光束儀器,這類儀器具有穩(wěn)定性高、漂移小的優(yōu)點(diǎn),但構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格較貴、效率較低。后來開發(fā)的一種分光束系統(tǒng)吸取了單光束儀器光效率高的優(yōu)點(diǎn),它使初始光束的小局部直接導(dǎo)向光強(qiáng)檢測(cè)器,大局部經(jīng)過樣品,從而可使儀器信噪比高、反響快。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,單光束、雙光束UV-VIS分光光波,這種儀器(如國(guó)內(nèi)的721型)還可實(shí)現(xiàn)光門開閉、調(diào)零、透過率與吸光度測(cè)定的自動(dòng)化及局部校正儀器漂移的功能。在試驗(yàn)室常,可以任意選擇單光束、雙光束或雙、單光束模式進(jìn)展掃描。如有些儀器可進(jìn)展固定波長(zhǎng)分析、全波長(zhǎng)掃描和時(shí)間動(dòng)力學(xué)測(cè)定等,在固定波長(zhǎng)方式下,最多可同時(shí)測(cè)定12個(gè)波長(zhǎng),同時(shí)讀取相應(yīng)波長(zhǎng)下的吸光度或透過率,并可同時(shí)乘以相應(yīng)的計(jì)算因子在波長(zhǎng)掃描方式下,可以在全波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意選擇所需要的掃描波段,相乘和凈吸取值,可完成屢次重復(fù)的掃描并將光譜圖顯示在同一屏幕上,依據(jù)需要對(duì)圖形進(jìn)展電子圖形放大、自動(dòng)標(biāo)尺處理、峰形平滑處理，時(shí)間動(dòng)力學(xué)測(cè)定方式,并且波長(zhǎng)范圍擴(kuò)190—1100nm,可用來進(jìn)展定性、定量分析。由于這種儀器在測(cè)定時(shí)全部信息均顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,利用窗口技術(shù)和鼠標(biāo)或鍵盤可直接在屏幕上操作，測(cè)定結(jié)果可貯存在硬盤或軟盤中,也可利用打印機(jī)將數(shù)據(jù)或圖形直接打印出來,給分析工作帶來極大的便利。2UV-VIS分光光度計(jì)現(xiàn)狀UV-VIS90年月,其性能大大增加,制作愈來愈精巧、美觀。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的此種儀器,UV-7595型,TU1221型、760CRT型，760MC型。這些儀器承受高區(qū)分、低雜散光的單色器,可進(jìn)展全波段掃描、分波段掃描和動(dòng)力學(xué)時(shí)間掃描,具有濃度直讀、線性回歸、光譜貯存、,可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì),能很好地滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的需要。UV-VIS分光光度計(jì),190-1100nm,如HACHDR/4000型儀器,可進(jìn)展多波長(zhǎng)測(cè)定以實(shí)現(xiàn)多組分分析,準(zhǔn)確度較高,0.1nm,可進(jìn)展樣品空白自動(dòng)校正和儀器系統(tǒng)、電壓自,1英寸、1cm、5cm、10cm等不同規(guī)格,顯示數(shù)據(jù)或譜圖的屏幕可隨測(cè)試者的需要自行調(diào)整,由于系統(tǒng)內(nèi)裝有先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件,利用這種儀器可進(jìn)展簡(jiǎn)單組分的分析。島津公司生產(chǎn)的UV-2501PC型儀器,承受雙閃耀(DDM),既到達(dá)了超低雜散光(0.0003%,220nm,Nal)又可獲得高的光通量,高濃度的樣品可不需稀釋直接進(jìn)展測(cè)試,波長(zhǎng)擴(kuò)展到近紅外1100n9Abs光光度計(jì)MultiSpec-1500)〔以二極管作為測(cè)光元件,假設(shè)干個(gè)并列放置制作而成),這種型儀器的特點(diǎn)是:(l)光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)局部少,從而故障率大大降低;(2)操作簡(jiǎn)便,其放式的樣品室可直接進(jìn)展樣品更換和加試劑等:(3)測(cè)定速度快,MultiSpec-1500使用512個(gè)二極管,遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的分光光度計(jì)測(cè)光元件多,因此測(cè)定速度格外快,并可滿足多波長(zhǎng)同時(shí)監(jiān)控的要求;如利用這種儀器測(cè)定2,6-二氯靛酚和抗壞血酸在水溶液中的復(fù)原反響,400800nm內(nèi),0.1秒為間隔,0.4-1.2秒間的變化狀況,譜圖上抗壞血酸復(fù)原反響的峰從顯現(xiàn)后漸漸由長(zhǎng)波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向轉(zhuǎn)變直至最終消逝,這種測(cè)定是傳統(tǒng)分光光度計(jì)無法進(jìn)展的;(4)信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸MultiSpec-1500DSp(數(shù)字信號(hào)處理機(jī))SCSI接口，可在40us左右完成采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)信號(hào)校正、測(cè)量數(shù)據(jù)平均以及元件的波長(zhǎng)變換,并可進(jìn)展快速的數(shù)據(jù)傳送;(5)MultiSpec-1500承受高性能的軟件,具有豐富的光譜處理功能,不僅能進(jìn)展吸光度和透過率的轉(zhuǎn)換、歸一化、基線校正、微分平滑化、面積計(jì)算、K-M轉(zhuǎn)換等,還具有三維數(shù)據(jù)處理功能如進(jìn)展時(shí)間掃描時(shí)儀器可記錄吸光度-波長(zhǎng)-時(shí)間三維數(shù)據(jù)。這些都是傳統(tǒng)分光光度計(jì)不能進(jìn)展的。3、工作原理紫外-可見分子吸取光譜分析是依據(jù)物質(zhì)的吸取光譜來分析物質(zhì)的成分、構(gòu)造和濃度的方法,其根本原理是是朗伯-比爾吸取定律(圖1),即在肯定的吸取光程下,物質(zhì)的濃度與吸光度成正比,見式(1)。式中A為吸光度I0為入射光強(qiáng)度;I為透射光強(qiáng)度k為摩爾吸光系數(shù),單位為L(zhǎng)/mol/cm;b為液層厚度(吸取光程),cm;c為吸光物質(zhì)的濃度,單位mol/L。在多組分共存的狀況下,如各吸光組分的濃度均比較稀,可無視相互之間的作用,這時(shí)體系的總吸光度等于各組分的吸光度之和如式(2)所示式中A為溶液總的吸光度,Ai式第i個(gè)組分的吸光度,依據(jù)吸光度的加和性,水質(zhì)進(jìn)展定性、定量分析的根底。通過紫外/可見光譜儀,采集環(huán)境水樣在紫外區(qū)或可見光區(qū)的全波段連續(xù)光譜,可以獲得待測(cè)物質(zhì)的特征吸取光譜,然后利用智能算法分析光譜和各待測(cè)水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系,建立相關(guān)推測(cè)模型,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量并推測(cè)其變化趨勢(shì)。4、UV-VIS在環(huán)境方面的主要爭(zhēng)論現(xiàn)狀與進(jìn)展目前,光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有在線(on-line)水質(zhì)監(jiān)測(cè)和原位(in-situ)水(on-line)光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)具有采樣環(huán)節(jié),主要是在監(jiān)測(cè)區(qū)域通(樣品光學(xué)檢測(cè)室),然后通過吸取光譜對(duì)水樣中的某種物質(zhì)的成分及其含量進(jìn)展定量分析,其中對(duì)待檢水樣一般要經(jīng)過在線前處理,(in-situ)光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)(即投入式)則無需樣品采樣,直接把光學(xué)水質(zhì)探頭固定在監(jiān)測(cè)水域,這樣水樣可以自動(dòng)流經(jīng)光學(xué)檢測(cè)室,然后通過光譜分析實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣的原位監(jiān),挨次注射光譜分析法是比較典型和普遍應(yīng)用的在線光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)。挨次注射光譜分析法原理如圖2所示,主要是以光譜儀為核心,借助挨次注射平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣品的在線前處理、挨次進(jìn)樣和挨次檢uL級(jí)消耗)uL級(jí))、測(cè)量準(zhǔn)確(ug/L,甚至更高的量級(jí))和分析高效快速的優(yōu)點(diǎn)。Abdalla等報(bào)道了在線監(jiān)測(cè)飲用水中氰化物含量的相關(guān)技術(shù),承受光纖光譜與美國(guó)FIAlab儀器公司的FI-lab-3500挨次注射,在600nm2.00~7.0mg/L之間,0.6mg/L,45個(gè)樣品,具有很高的樣品采樣率,足以反映飲用水中氰化物含量變化的高頻信息。Vanloot等報(bào)道了飲用水中Fe3+和Al3+的在線監(jiān)測(cè)技術(shù),應(yīng)用挨次注射光譜分析技術(shù)在水廠在線監(jiān)測(cè)飲用水中和5.6和4.9ug/L。2008PoachaneeNorfun等報(bào)道了基于挨次注射光譜分析的工業(yè)污染水樣中Al3+,在0.02~0.6mg/L,檢出限到達(dá)13ug/L。2009年葡萄牙波爾圖大學(xué)的Silva等報(bào)道了廢水中釩的含量監(jiān)測(cè),承受挨次注射光譜分析技術(shù),在565nm波特長(zhǎng),0.39mg/L。Zhang等報(bào)道了挨次注射光譜分析監(jiān)測(cè)海水中的亞硝酸鹽含量,,光程的流通池,nmol/L的亞硝酸鹽的含量,監(jiān)測(cè)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的分析技術(shù)。近年來,挨次注射光譜分析技術(shù)正朝著高度集成化的方向進(jìn)展,主要是以微,LOVlabonvalve),通道及樣品光學(xué)檢測(cè)室以周密加工技術(shù)集成在多通道選擇閥上,實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)FIAlab儀器公司的集成化挨次注射光譜水質(zhì)分析系統(tǒng)(圖3),承受海洋公司的微型光譜儀,不但體積小(24cm*24cm*16.5cm)、重量輕6.75kg),而且對(duì)硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、磷酸鹽和氯化ug/L級(jí)的檢出限。與(on-line)在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)比較而言,目前原位(in-situ)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用ScanG水質(zhì),特地為地表水,地下水和市政污水的監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)。承受紫外-可見光電陣列感光器和差分光譜分析軟件,與傳統(tǒng)的濾光片單波長(zhǎng)紫外相比有了革命性的進(jìn)步,可以測(cè)量硝氮,COD,BOD,TOC,DOC,濁度或懸浮濃度;可以實(shí)現(xiàn)更多spectro::lyserTM實(shí)行浸沒式微小型UV-VIS分光光度計(jì)和雙光束檢測(cè)技術(shù),通過直接掃描水樣關(guān)系,建立相關(guān)推測(cè)模型,再依據(jù)模型演算未知水樣的COD和BOD、BOD、TOC、硝氮、苯、甲苯、二甲苯、苯酚等多參數(shù)的測(cè)量,測(cè)量過程中不需要樣品采樣與相關(guān)前處理技術(shù),也不需要泵、12V其所測(cè)參數(shù)的多少一個(gè)測(cè)量周期在20~60s性與在線(on-linemg/LE+H公司的stip-scan產(chǎn)品以及德國(guó)WTWIQSensorNet等具有類似特點(diǎn)。5、光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì)現(xiàn)代光譜分析技術(shù)為水質(zhì)監(jiān)測(cè)開拓了一個(gè)嶄的領(lǐng)域,盡管已有局部產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng),但是仍舊存在一些亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)需要解決,主要有如下幾個(gè)方面MEMS(based,MEMSChipsizedopticalspectrometers)和片上光譜儀(MicrospectrometeronaChip)的爭(zhēng)論成為當(dāng)前國(guó)際儀器科學(xué)、生化分析和環(huán)境科學(xué)等諸多相關(guān)領(lǐng)域的爭(zhēng)論熱點(diǎn)。如美國(guó)監(jiān)測(cè)微系統(tǒng)公司(measurementmicrosysems,MM)0.5nm,較傳統(tǒng)的紫外-可見微型光譜儀提高了近10倍,更適合對(duì)水質(zhì)的光譜分析;美國(guó)加州大學(xué)應(yīng)用物理系的Adams等承受微細(xì)加工技術(shù)和材料技術(shù),把片上光譜儀和微流控芯片集成于一體,實(shí)