[发明专利]一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法

说明书

本发明提出了一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，包括：用紫外分光光度计或具有相应功能的光谱测量装置测量N个具有浓度梯度的标准COD溶液样品，计算N组全光谱数据在各个波长处的吸光度值；通过最小二乘法拟合计算出各波长处吸光度与COD浓度的函数关系；选取适当的n个波长，作为建模波长；分别计算在n个波长处，各波长对应的最佳测量浓度范围内吸光度与浓度的线性关系；测量计算未知浓度COD溶液在其n个波长处的吸光度；选择该COD溶液浓度对应的最优测量波长；计算出未知溶液的COD浓度值。本发明运用全光谱数据处理分析技术，可以在保证高精度的同时，显著扩大COD溶液的浓度测量范围。

技术领域

本发明涉及水质检测分析领域，尤其涉及COD浓度的检测方法与环境光学检测技术领域，具体地，涉及一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法。

背景技术

化学需氧量(COD)指在一定条件下，水体中还原性物质被强氧化剂氧化时，所消耗的氧化剂的量,换算成氧的浓度以mg/L计,是表征水中还原性物质的综合性指标。近年来，我国国民经济的发展迅速，但同时环境污染问题也日益严重，尤其是水体污染的问题。COD浓度指标可用于判断水体中有机物的相对含量，是环境监测中最重要的有机污染综合指标之一。目前国内水质COD检测大部分是根据国家标准的化学方法或其改进方法。其测量过程需要加热消解、滴定，所需化学试剂种类多，存在二次污染、操作复杂、耗时长、分析速度慢、稳定性差的问题。

紫外可见吸收光谱法是建立在朗伯—比尔定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法，是一种纯物理的光学检测方法，无需化学试剂、无二次污染。近些年来，国内外开展了大量的有关紫外吸收水质检测技术的研究。目前多利用254nm处吸光度来测量COD浓度，该方法简单易行，但由于受仪器的分辨率不高与应用朗伯—比尔定律在高浓度段测量会产生非线性等因素影响，仅使用单波长或特定多波长的吸光度值计算COD浓度，其测量范围小，精度低。

若需要测量低浓度或高浓度的COD含量，一是通过调整光程的方式实现，其可根据用户需求，选用特定光程的样品池。如使用10mm光程样品池的仪器测量范围小，为10-200mg/L，精度较高，准确度为1mg/L；使用1mm光程样品池的仪器测量范围大，为100-2000mg/L，但是精度较低，准确度为10mg/L。通过改变光程的方法在扩大量程的同时，会降低仪器的检测精度；而且若要测量浓度跨度范围较大的水质，需要运用多台仪器，增加了测量成本。二是通过调整光源功率或光源的闪烁次数的方式实现对测量范围的扩大，但此方法对于未知浓度COD的样品，无法做到仅通过一次测量得到的光谱吸收数据，计算出准确的COD浓度值。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种检测速度快、无需化学试剂、无需更换调整光程的样品池或调整光源、基于紫外可见吸收法的COD浓度全谱分析检测方法，可以在保证精度的同时扩大测量范围。

根据本发明提供一种对水体中COD浓度的宽量程高精度的光谱检测方法，包括：

建模过程：

配制N组具有一定浓度梯度的COD标准溶液作为建模样品，用紫外可见分光光度计或光谱测量装置测量各所述建模样品在一定光谱范围内(如200nm-600nm)的吸光度，称之为全光谱数据；

通过最小二乘法等拟合方法拟合计算出所述建模样品各波长处吸光度与COD标准溶液浓度的函数关系；

再根据各波长处的吸光度与浓度的线性度选取其中的n个波长作为建模波长(n2)；所述建模波长选取线性相关系数大于0.99(根据精度要求可以是其他值)的COD浓度范围作为可测线性浓度范围，将选取的所述建模波长按照其对应的可测线性浓度范围从小到大依次编号为λ₁，λ₂，……，λ_n，其中要确保λ₁波长处所测的最高浓度等于λ₂波长处的所测的最低浓度，以此类推，使得测量范围能够遍布从小到大；