[发明专利]一种基于光谱吸收的水质色度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱分析技术和色度测量技术，主要应用于饮用水、工业废水以及各种水溶液的色度检测。

背景技术

按现行水质色度检测的国家标准(GB/T 11903-1989)，色度测定的方法主要有两种：一是铂钴比色法，适用于与铂钴溶液色调(即黄色调)相近的水，如比较清洁的地面水、地下水和饮用水等；二是稀释倍数法，适用于各种色调，如污染较严重的地面水和工业废水。前者用氯铂酸钾和氯化钴配制色度标准储备液(原液)，再用不同比例的光学纯水稀释作为不同等级的颜色标准溶液，与被测样品进行目视比较以测定样品的颜色强度即色度，单位为度。后者是将样品用光学纯水稀释，至用目视比较与光学纯水相比刚好看不见颜色时的稀释倍数作为表达颜色的强度，单位为倍。虽然稀释倍数法适用各种色调的水体测量，但由于“刚好看不见颜色”很难把握，所以一般是在不能用铂钴比色法测量时才用稀释倍数法。

上述两种方法都是基于人眼的主观判断，有很大的局限性。铂钴比色法中，铂钴标准溶液为浅黄色调，如果样品色调与之不同就无法测量，而且色度5～25度区别不明显，不易判别，人为误差大。稀释倍数法中，因水样色调差异大，不同颜色色调对视神经刺激反应不同，判别时难免带有个人的主观随意性，结果有很大的不确定性。即使同一个人在不同的照明条件(标准中没有明确规定照明光源和照明方式)或身体状况(是否疲劳)等也会得出不同的结果。

为避免人的主观判断对测量结果的影响，人们开展了用分光光度计对水的色度测量的研究。目前文献报道的用分光光度计测量色度的办法，都是通过实验建立特定波长(一般是最大吸收波长)下的吸光度与色度的拟合关系，由吸光度决定色度的。这实际上是以这样的假设为前提，即废水的颜色色系基本不变而只是深浅有差异，因而对于同一色系的水样其最大吸收波长基本不变。但是，实际废水的污染成分是复杂的，不同的物质有不同的吸收谱，在特定波长建立的吸光度与色度的关系，当污染成分稍有变化时就不能使用，所以单一波长的吸收特性决定色度的方法在污染控制中难有实用价值。

新的水的色度测量方法要能实际应用，必须满足以下要求：首先是一致性要求，即测试结果要与现行标准方法得到的结果一致。即使测量物体色的其他方法能测出水的颜色，甚至可以得到完整表示颜色的三个参数，如(R，G，B)，或(X，Y，Z)，或(x，y，Y)，或(L*，a*，b*)等，但若这些参数不能转换成标准方法中的色度值，则这种方法就不能取代标准的色度测量方法。其次是客观性要求，即测量结果受人为因素的影响要小。第三是普适性要求，即测量的方法能适应各种水体的测量。

要与现行标准方法的结果一致，须仔细研究现行标准中的两种方法。在铂钴比色法中，用纯水稀释色度标准储备液，形成颜色深浅不同的标准溶液，以备样品与之比对；在稀释倍数法中，用纯水稀释待测样品，使之颜色越来越“淡”。两种方法都隐含着纯水是无色透明的，可作为基本的参照物。

纯水无色透明不等于说测量时就没有光的损失，实际上液体都是放在吸收池里进行透光测量的，光通过吸收池依次经历4个界面：空气/玻璃，玻璃/液体，液体/玻璃，玻璃/空气，即使玻璃对可见光完全透明，但每个界面都有光的反射，设各界面的透射率依次为t₁、t₂、t₃、t₄，液体的透过率为t_液，则整个吸收池的透过率为T＝t₁t₂t_液t₃t₄。界面透射率t₁、t₂、t₃、t₄取决于界面两侧材料的折射率，所以t₁和t₄只与空气及玻璃的折射率有关，与吸收池装什么液体无关。实际上，试样水和纯水的折射率一般相差很小，所以两种情况的t₂、t₃相差不大。于是，若吸收池分别装试样水和纯水时测出透过率为T_样、T_纯，则T_样/T_纯≈t_样/t_纯。而纯水对可见光几乎不吸收，即t_纯≈1，所以T_样与T_纯的比值就反映了试样水在消除界面反射影响后的实际光吸收。