一、简介
水质分析是对水体中各种物理、化学和生物指标进行检测与评估的过程。其目的是评估水体的污染程度、判断水源是否适合饮用或其他用途，确保环境与生态系统的健康。水质分析通常包括对水的COD值、水中油、叶绿素、浊度、营养盐(如氨氮)等的测定。通过对这些指标的分析，能够揭示水体污染的来源与类型，以及水质变化趋势。 在实际应用中，水质分析广泛用于饮用水源监测、工业废水排放控制、农业灌溉水质监测以及自然水体的生态保护等领域。现代水质分析技术不断发展，采用了如光谱分析、电化学分析、质谱分析等先进手段，以提高检测的准确性和灵敏度。通过及时有效的水质分析，不仅能保障人类健康，还能为水资源的可持续管理和保护提供科学依据。
二、测量原理
在水质分析中，常见的光学方法有分光光度法、散射光浊度测量法以及荧光光谱法等。
(1)分光光度法
分光光度法是一种常用的分析技术，利用物质对不同波长光的吸收特性来进行定量分析。比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)是分光光度法的基本定律，描述了物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。
物理意义是是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比，而与透光度成反相关。表达式如下：
A=-lg It/I0=lg 1/T=K*l*c
(其中A为吸光度，I0为入射光强度，It为透射光强度，T为透射比，K为吸收系数，l为吸收介质的厚度，c为吸光物质的浓度)
(2)光散射法
浊度测量虽然不是直接测量悬浮颗粒的浓度,而是测量由颗粒物的存在引起光散射效应的程度,但可间接表示气体或溶液中悬浮颗粒物含量。浊度仪的主流测量方法为光散射法。浊度仪采用激光器/LED/卤钨灯作为光源照射样品，样品中的悬浮颗粒会产生与入射光束散射光后通过探测器检测。
(3)荧光光谱法
荧光光谱法用于水质检测的原理是具有芳香环或多个共轭双键的有机化合物分子在受到光源激发后会发生激发跃迁，转变为激发态，激发态分子会自发地通过辐射或非辐射跃迁回到基态。在这个过程中不同物质的分子会形成不同的荧光光谱，通过对得到的荧光光谱进行分析即可获得物质浓度等信息。荧光法具有灵敏度高、检测性好、灵敏快捷等优点。
三、常见水质分析仪器
针对不同的水质参数往往采用不同的测量方式，比如在COD、氨氮等参数的测量中通常使用分光光度法，在浊度的测量中使用光散射法，在水中油、叶绿素等参数的测量中使用荧光光谱法。
3.1 COD在线分析仪
COD是化学需氧量的简称，能很好地反映水体中有机物的多少。化学需氧量越大说明水体受有机物的污染越严重，是衡量水体有机污染的一项重要指标。
COD的测定方法有很多，在“快速消解分光光度法”中，向水样中加入重铬酸钾溶液，经过化学反应后用分光光度计在600nm或440nm处测定铬离子的吸光度，最后将吸光度换算成水样的COD值。
COD在线分析仪的系统组成：
COD在线分析仪主要由预处理装置、进样/计量单元、加热消解装置以及分析检测单元组成。而分析检测单元的核心是分光光度计，其通常采用LED或钨灯作为光源，Si-PD(硅光电二极管)作为探测器。
COD也有纯光学法，水中的某些有机物如木质素、丹宁、腐殖质和各种含有芳香烃和双键或羟基的共轭体系的有机化合物对254nm的紫外光有很好的特征吸收。根据朗伯-比尔定律，可以通过测量这种特征吸收值，然后转换成有机物浓度。 探头中光源发出的光线穿过狭缝，其中部分光线被狭缝中流动的样品所吸收，其他的光线则透过样品，到达探头另一侧的分光器，被一分为二。50%的光线由样品检测器检测，另50%的光线由参比检测器检测。仪器对两个检测器的信号进行运算，就能得出COD值。
3.2 氨氮在线分析仪
氨氮废水的超标排放是水体富营养化的主要原因，常见的氨氮在线分析仪采用水杨酸分光光度法来测量水中的氨氮浓度，含有铵离子的水样在碱性介质和亚硝基铁氰化钠的存在下与水杨酸盐和次氯酸离子发生化学反应，并在697nm处用分光光度计测量吸光度。
3.3 浊度仪
悬浮颗粒物的存在阻碍了光线在水中的正常通过而引起的浑浊特性,称为浊度。浊度是反映天然水和饮用水等的物理性状的一项常规指标,用以表示水的清澈或浑浊程度,是衡量水质优劣程度的重要指标之一。
浊度仪通常采用光散射法测量，其系统主要由光源(LED或钨灯)、用于监测散射光的探测器(硅光电二极管)和数据处理系统组成。
3.4 水中油在线分析仪
水中油在线分析仪的主要部件为紫外荧光探针，采用荧光光谱法。光源发出波长254nm左右的光，水样中的油粒子会吸收一部分光，并发射出360nm左右的光。这些发射出的光被检测器捕捉到，光的强度和油的含量相关联，因此通过监控荧光的强度便能计算出水中油的浓度。
3.5 叶绿素在线分析仪
叶绿素在线分析仪采用荧光光谱法，浮游植物细胞中的叶绿素分子吸收光能，一部分用于光合作用，一部分以热能形式传播到环境中，剩余的部分以荧光的形式发射出来，且荧光只有一个峰带。当含有叶绿素的水样经450nm左右的光激发后，会发射出波长为680nm左右的荧光，且荧光光强与叶绿素含量有关。因此使用探测器测定叶绿素发出的荧光强度便能检测到水中叶绿素的浓度了。
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